1 (2)
【概　　要】
Ni
基、Co基、Fe基の超耐熱、耐食合金をはじめ、各種構造材料をそろえています。これらの高合金材料は、独自の精製技術をベースに、加工、熱処理技術が駆
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作者：余宣賦 淡江大學化學工程與材料工程學系
程冠博 淡江大學化學工程與材料工程學系
張貼日期：2006/12/8
圖說：磁性材料廣泛應用在日常生活常見的電器產品中。
磁性陶瓷材料在日常生活中的應用非常廣泛，這種材料是如何製成的呢？
小時候大家都有這種經驗，當鐵釘靠近一塊磁鐵時，磁鐵就會把鐵釘吸住，或是將兩塊磁鐵靠近時，會出現異極相吸、同極相斥的有趣現象。利用這些物質的磁特性，開發了很多有用的設備或儀器，例如指南針、馬達、電腦硬碟與光碟，甚至磁浮列車等。
有
關「磁性」的命名由來有兩種說法。第一個是傳說在古代的時候，有一位名叫馬格尼斯（Magnes）的牧人，在克利特島的艾達山上遊覽時，他鞋上的鐵釘被一
個黑色的岩石吸住了，就這樣發現了磁性，後來人們為了紀念他就把磁性稱為
Magnetism。另一種說法則是認為，具有磁性的岩石最早是在小亞細亞一個叫做瑪格尼西亞（Magnesia）的地方發現的，因此把磁性叫做
Magnetism。
磁性由來與磁性材料
怎樣才會有磁性呢？簡單地說，任何帶電的粒子在移動或運動的過程中，都會產生磁場。物質是由許多不同的元素彼此鍵結所形成的，每個元素的原子則是由原子核（包含了質子與中子）及環繞在它外圍的電子所組成的，原子中每個電子所處的狀態（也就是它的量子態）都不盡相同。
根
據鮑立不相容原理，當原子有許多電子時，每一個電子會在特定的軌域上運行，且每個電子軌域最多僅能容納兩個自旋方向相反的電子。電子因在電子軌域上運行及
本身自旋的關係而產生磁性。若電子軌域內填滿兩個電子，這兩個電子自旋運動所產生的磁性，因方向相反會互相抵銷，如此不會影響元素整體的磁性質。但元素中
若含有未成對的電子時，它們自旋所產生的磁性就無法抵銷。
相關研究與量測已指出，元素的磁性主要是由電子自旋運動所貢獻的，而電子繞行原子核
所造成的磁性影響是可以忽略的。因此對於內部具有未成對電子的原子或離子（如鐵族、稀土族、錒族等元素）而言，它們的淨磁矩不是零而呈現磁特性。當元素互
相進行化學鍵結形成分子或晶體時，它們各自所含的最外層電子會因電子轉移或共用，而使最外層電子軌域擁有成對電子或形成空軌域，除非鍵結元素內層電子軌域
（d−或 f−軌域）含有未成對的電子，否則這類分子或晶體不會具有磁性。
根據在磁場中物質磁化的強度與磁化方向，所有的物質可區分成反磁性、順磁性、鐵磁性、陶鐵磁性（或稱亞鐵磁性）及反鐵磁性物質，一般所說的磁性材料都是屬於鐵磁性或陶鐵磁性物質。
鐵
磁性物質中的原子或分子，因含有一個或多個未成對的電子，而具有一小小的磁矩。當施予一外加磁場時，這些磁矩互相產生強烈的正交互作用，彼此同向平行排
列，因此產生了很強的自生磁化，進而產生巨觀的磁性質，一般常見的金屬磁鐵就是屬於鐵磁性物質。陶鐵磁性和鐵磁性類似，主要發生在離子化合物上，由於不同
的離子在晶體結構上的位置不同且其磁矩大小各異，當磁化時其磁矩間會產生負交互作用，因此所產生的自生磁化較弱。
磁性材料一般分為「硬磁材料」與「軟磁材料」兩類，這裡所謂的硬和軟並不是指力學性能上的硬和軟，而是指磁學性能上的硬和軟，判斷磁性材料軟硬的最簡單方法，就是直接看它的矯頑磁力（coercive force）的高低。
當
一磁性物質受到一逐漸增強的外加磁場（H）作用時，其磁化強度（I）也會隨著增強，但當外加磁場減為零時，它的磁化強度並不會完全消失，而會有殘留磁化強
度（D）存在。若要把這個磁性物質的殘留磁化強度移除，則需外加一反向磁場，此消除物質殘留磁化強度所需的反向磁場強度（E）就是矯頑磁力。矯頑磁力大於
200 奧斯特（Oe）的磁性物質通稱為硬磁材料，它的特點是難磁化但不易被消磁，而矯頑磁力低於 20
奧斯特（Oe）的磁性物質通稱為軟磁材料，它的特點是易磁化且易退磁。
磁性材料最早的應用可追溯至數千年前，中國歷史記載的指南車、航海用的羅盤等。現今磁性材料已被廣泛運用在民生、資訊、量測、電機、電子等工業上，尤其在經歷 20 世紀後半期電子產業的革命性發展後，磁性材料更大量地應用在電機及微電子產品中。
依它們的構成元素與原子結構的不同，常見的磁性材料有金屬磁性材料與陶瓷磁性材料兩類。陶瓷磁性材料因具有良好的導磁率、高的電阻係數、低的損耗等特性，且它們的磁特性可藉由成分的調整來滿足各種不同應用的需求，是一種非常重要的工業用磁性材料。
磁性陶瓷種類
目
前被廣泛使用的磁性陶瓷材料都是金屬氧化物，因其化學組成通常是以三價鐵為主，再搭配或摻入不同金屬的氧化物，所以又統稱為「鐵氧磁體」（或稱「鐵酸鹽
類」）。鐵氧磁體會因分子結構的不同而呈現不同的磁特性。具有低保磁力的軟磁性鐵氧磁體，它們的晶體結構屬立方晶系，如鎳鋅系鐵氧磁體、錳鋅系鐵氧磁體、γ−氧化鐵等，而具有高保磁力的硬磁性磁體則是六方晶系鐵氧磁體，如鋇系鐵氧磁體、鍶系鐵氧磁體等。
立方晶系磁性陶瓷以具有反尖晶石晶體結構的鐵氧磁體為主，它們的化學通式可表示為 MFe2O4（或 MO．Fe2O3），其中 M 代表二價的金屬元素（如鎂、鎳、鋅、錳等）。這類軟磁性鐵氧磁體常用來製作變壓器磁蕊、濾波器元件、隨身聽或磁碟機的讀取頭等材料。電視機中能讓螢光體的色彩表現得更為均勻飽和，同時能降低畫面失真的映像管偏向軛，也是由這類鐵氧磁體製成的。
硬磁性六方晶系鐵氧磁體的化學通式是 MFe12O19（或 MO．6Fe2O3），
其中 MO
是離子半徑較大的二價金屬氧化物。依照不同的製程，六方晶系鐵氧磁體可製成等向性或異向性的磁性體，它們主要的差別就是在磁體成形的時候，異向性磁鐵會額
外置入一磁場，使鐵氧粉體的易磁化軸平行於磁場方向，然後再把磁晶方向加以固定，以得到良好的磁體異向性。
電腦硬碟中所使用的記錄媒體就是鋇系鐵氧磁體，由於其優良的磁性質再配合奈米科技的發展、塗布技術的進步，使得現在的硬碟儲存容量越來越大、體積卻越來越小。
製程
鐵
氧磁體材料或以粉體型態、或以燒結塊體型態、或與有機聚合物結合形成塊體或帶狀材料，應用於相關的工商業產品上，但不論是以何種型態使用，它們的製程起始
物都是相關磁性物質粉體，再經一連串的加工程序製得各式各樣的磁性元件。鐵氧磁體粉體的物理與化學性質，直接影響到最終產品微結構和磁性質的發展，進而影
響產品的品質。一般而言，鐵氧磁體粉體應具有化學組成均勻、純度高、燒結性佳等特性，且由單一磁域的、粒徑小且粒徑分布狹窄的、可控制型態的、以及分散的
粒子所構成。
固態反應法
目前工業上大都以傳統的粉體冶金技術製備鐵氧磁體粉體。雖因材料種類或用途的不同，其製程不盡完全相同，但鐵氧磁體粉體固態反應製程，大致可歸納為五個主要步驟：原料準備、混合、煆燒、研磨和造粒。
首
先選取含有所需金屬的適當氧化物或碳酸鹽等，並依所需化學計量精秤，然後充分均勻混合。混合好的粉體接著置入控制氣氛（例如某特定氧含量的氣體環境或鈍性
氣體）的爐中進行煆燒（加熱溫度通常在攝氏 800 ~ 1,100
度之間），這個步驟主要是讓這些原料反應成所需的鐵氧磁體相態。熱處理後的粉體須加以研磨，以減少粒子凝聚現象並提升化學組成的均勻度，同時降低粉體的平
均粒徑。
最後，為了使粉體的流動性良好，以利後續輸送與處置，製得的細微粉體通常會經造粒步驟，讓粉體粒子適當團聚，以產生大小均一且流動性
佳的球形粒子團，這個步驟大都以噴霧乾燥法來進行。如此所得到的鐵氧磁體粉體，再依其用途或產品需求進行後段的處理，如成形、燒結、混煉等。
固態反應法的優點是製程簡單、成本低、無需考慮溶劑的移除問題，以及可以適用於大量生產。但缺點是反應物混合的均勻度受限於反應物粒子的大小、煆燒溫度高、最終粉體的粒子形狀與粒徑大小分布不易控制、化學均勻性不一、以及鐵氧磁體粒子無法達到奈米尺寸。
因
科技的發展與進步，相關產品已朝輕量化、小體積的方向發展，傳統粉體固態製程所製備的鐵氧磁體粉體，已漸漸無法滿足需求。為了產製符合需求特性（如精準的
金屬元素配比、極高的純度、良好的燒結性、奈米尺寸等）的鐵氧磁體粉體，有別於固態製程的各種不同陶瓷粉體合成技術，已陸續投入或正在積極研究開發，以應
用於鐵氧磁體粉體的製備。依反應相態的不同，可大致區分為液相與氣相製程兩大類。
液相製程
液相製程是在粉體製備的過程
中，在液相中進行主要的化學反應。過程中先把反應物均勻溶解或分散在適當的液體中，然後在原子或分子階程進行反應，以產製所需磁性陶瓷粉末的先驅物，再經
適當熱處理以製得所需粉體。由於在液相中化學反應機制的不同，液相製程又可以細分為好幾種，例如沉澱法、溶凝膠法、氣膠反應法等。
舉例而言，
沉澱法是把含有所需金屬離子的鹽類溶於適當的溶劑（常用水或醇類）裡，然後加入螫合劑（通常是多元酸，如檸檬酸）或沉澱劑（如鹼金族氫氧化物、氨水、草酸
等），與溶解的金屬離子反應成難溶的金屬化合物並沉澱析出，接著經固液分離、乾燥、熱處理等步驟，製得磁性陶瓷粉體。
至於溶凝膠法則是藉由金
屬氫氧化物溶膠液中溶膠粒子彼此間的聚縮合作用，製得奈米級的氧化物粉體。溶膠液是一穩定的固態粒子懸浮液，其中粒子的大小介於 1 ~ 100
奈米間（1
奈米等於十億分之一公尺）。溶凝膠法的起始原料可以是無機金屬鹽類或有機金屬鹽類：無機金屬鹽類常用的有金屬氯化物或金屬硝酸鹽類等，有機金屬鹽類則以金
屬羥氧化物（或稱醇氧化物）使用最廣。
氣膠反應法是先把參與的反應物以溶液態配製後，藉由霧化產生器轉換成無數微米級的球形液滴（即氣膠），
氣膠的尺寸依所使用的霧化產生器種類及操作條件而異，一般介於 1 ~ 50 微米間（1
微米等於一百萬分之一公尺）。接著，這些氣膠被連續引入一控制溫度與氧含量的反應器中，並在懸浮狀態下進行溶劑蒸發與相關化學反應，以轉化為所需的固態粉
體。
氣膠反應法是一連續製程，可連續產製品質穩定的固態粉體，且在產製過程中氣膠並沒有與反應設備直接碰觸，可避免雜質污染，因此能更有效地
控制粉末的純度，並維持所產製粉體品質的一致性。另外，它的生產過程所需的變化都在個別單一的球形微粒中完成，如此一來所製得的粉體不僅大都呈球狀，且可
把變化過程中可能產生的化學分離現象減至最低，甚至能避免其發生。
液相法可以產製奈米尺寸的粉體，且具有粉體化學均一性高、粒徑分布小等優點，它的主要缺點則是製程較複雜，以及最終粉體容易出現粒子凝聚的現象。
氣相製程
氣
相製程包含了物理氣相沉積和化學氣相沉積二種不同的操作程序，一般在製備鐵氧磁體粉體時，多採用化學氣相沉積法。化學氣相沉積法是藉由氣相的化學反應過
程，把固體微粒由過飽和的氣氛中析出。過程中先把原物料用雷射或電漿技術予以氣化，接著經化學反應產生生成物的蒸氣。生成物的蒸氣濃度超過臨界飽和度後，
產生成核現象而生成許多的核子（穩定的分子團），這些核子再經由表面成長及凝聚而發展成最終的固態粒子。
化學氣相沉積法在製備陶瓷粉體上具有以下優點：化學成分均勻、純度高、粉體分散良好、表面積大、粒子尺寸小且粒徑分布狹小，主要缺點則是成本高、操作條件控制較複雜、不易量產等。
隨著科技不斷的進步，磁性陶瓷材料在日常生活中的應用也越來越廣泛，電子與電機的設備元件、資料儲存媒介、磁性流體、生醫材料等，都與磁性陶瓷有關。國內磁性材料產業的產值一年高達 100 億以上，是一個景氣波動幅度低、產品生命周期長的產業。
但
是隨著越來越多國家的投入發展，市場的競爭也日趨激烈，如何提升磁性陶瓷粉體的性能及增加粉體的產量，是當前需要積極研究的方向。本文僅簡單地介紹磁性陶
瓷粉體的性質、種類與製造方法，以期讀者對於磁性陶瓷有基本的認識，若想進一步了解相關的技術和知識，可以參考其他的書籍與文獻。
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碧威-火山-a5dm
第１節　主として溶解に起因する欠陥

鋳
物の不良原因というものが、単独にこれは鋳造法案が悪いとか、鋳込温度が低すぎるとか、溶湯が酸化しているとか、一概に決め難いものであって、したがって
溶解に原因があると同時に、方案にも不適当であるという場合が多々あり、溶解に起因する欠陥というものが他の原因に依ることもある。




  • ピンホール
    鋳
    物砂の水分が多すぎたり、通気度が悪かったりガス抜きが不充分であったりする原因もあるが、溶湯そのものが酸化溶解をしたり、銹びすぎた地金を使用したり
    して、多くのガスを含んでいる場合に起こる。又このピンホールは、鋳込温度が低く、流動性が悪い場合、鋳込に際して湯があばれて流入するような場合にも起
    る溶解の立場からすると絶対に酸化溶解をやらないことである。つまり、過剰の送風をやらないで、地金も銹い過ぎたものを使わず、コークス比を選んで高温溶
    解をやればよい。

  • 引け巣
    セキや揚りが不適当であって、又は不充分で凝固
    に対して、正常でない場合、Ｃ、Ｓｉ量が適当でなかったりする場合などにも起るが、大きな原因はやはり何といっても酸化溶解、特に低温酸化溶解に起因する
    場合が多い、高温溶解をした場合２０kg/cm2の水圧に対して、５％不良３０kg/cm2～８０kg/cm2の水圧に対して、２８％不良率を示すが低温
    溶解では

    ２０kg/cm2に対して
    ４０％


    ３０〃
    ５１％


    ４０〃
    ５７％


    ６０〃
    ６５％


    ８０〃
    ６８％


    のように、水圧が高くなればなるほど不良率が多くなっている。一例ではあるが、いかに高温溶解が必要であるかが伺われる。



  • ワレ
    鋳物の肉厚が不均一で冷却速度が大変違う場合に生じたり、中子や砂のつきかためが硬く強度が、大きい場合にも生ずるが、溶解という面から見ると成分や溶解が適当でない場合に起る収縮が大きすぎたり酸化溶解する場合に外引けと同時に亀裂が起る。
    このほかに溶解に起因する欠陥としては、表４ねずみ鋳鉄鋳物の欠陥原因一覧表を参考にすること。


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    歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
    BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com
    skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office
    No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356     http://www.tool-tool.com
    / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North
    Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao
    City,Chiayi Hsien,Taiwan
    Welcome to BW
    tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting
    tools. We focus on what you need and endeavor to research the best
    cutter to satisfy users    ’ demand. Our customers involve
    wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic,
    machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would
    like to solve every problem from you. Please feel free to contact us,
    its our pleasure to serve for you.     BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS  DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
    Bewise Inc. www.tool-tool.com
    ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
    情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
    弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
    豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。
    弊社は各領域に供給できる内容は：
    （１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ
    （２）Carbide Cutting tools設計
    （３）鎢鋼エンド・ミル設計
    （４）航空エンド・ミル設計
    （５）超高硬度エンド・ミル
    （６）ダイヤモンド・エンド・ミル
    （７）医療用品エンド・ミル設計
    （８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計
    弊社の製品の供給調達機能は：
    （１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
    （２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給
    （３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給
    （４）オートメーション整備調達
    （５）スポット対応～流れ生産対応
    弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
    Bewise
    Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
    talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır.
    Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini
    Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik
    Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel
    Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
    BW специализируется
    в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
    высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /
    фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и
    электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид
    / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC
    картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы,
    фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм
    для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано
    инструменты. Пожалуйста, посетите сайт      www.tool-tool.com  для получения большей информации.
    BW
    is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide
    material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for
    mould & die, aero space and electronic industry. Our main products
    include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card
    cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread
    reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and
    worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline
    shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please
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    碧威-火山-a5dm
    第１節　主として溶解に起因する欠陥

    鋳
    物の不良原因というものが、単独にこれは鋳造法案が悪いとか、鋳込温度が低すぎるとか、溶湯が酸化しているとか、一概に決め難いものであって、したがって
    溶解に原因があると同時に、方案にも不適当であるという場合が多々あり、溶解に起因する欠陥というものが他の原因に依ることもある。


  • ピンホール
    鋳
    物砂の水分が多すぎたり、通気度が悪かったりガス抜きが不充分であったりする原因もあるが、溶湯そのものが酸化溶解をしたり、銹びすぎた地金を使用したり
    して、多くのガスを含んでいる場合に起こる。又このピンホールは、鋳込温度が低く、流動性が悪い場合、鋳込に際して湯があばれて流入するような場合にも起
    る溶解の立場からすると絶対に酸化溶解をやらないことである。つまり、過剰の送風をやらないで、地金も銹い過ぎたものを使わず、コークス比を選んで高温溶
    解をやればよい。

  • 引け巣
    セキや揚りが不適当であって、又は不充分で凝固
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    場合が多い、高温溶解をした場合２０kg/cm2の水圧に対して、５％不良３０kg/cm2～８０kg/cm2の水圧に対して、２８％不良率を示すが低温
    溶解では

    ２０kg/cm2に対して
    ４０％


    ３０〃
    ５１％


    ４０〃
    ５７％


    ６０〃
    ６５％


    ８０〃
    ６８％


    のように、水圧が高くなればなるほど不良率が多くなっている。一例ではあるが、いかに高温溶解が必要であるかが伺われる。



  • ワレ
    鋳物の肉厚が不均一で冷却速度が大変違う場合に生じたり、中子や砂のつきかためが硬く強度が、大きい場合にも生ずるが、溶解という面から見ると成分や溶解が適当でない場合に起る収縮が大きすぎたり酸化溶解する場合に外引けと同時に亀裂が起る。
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    第１節　鋳込準備作業について知っていること

    溶湯を鋳込むに当って、次のようなことを心掛けねばならない


  • 鋳型温度
    溶
    湯を鋳込む際の三大要素は、鋳込温度、鋳込速度とこの鋳型温度である。一般に鋳込温度や速度には、関心を持っているが、あまり鋳型温度については、気にし
    ない、しかし、溶湯が鋳込まれて最後に押湯の部分にあがって来た溶湯の温度を見ると、最初に鋳込んだ溶湯の温度と差のあることが解ろう。その点方案上から
    も早く鋳込まれることが必要だが、温度差を出来るだけ少なくするためには、冷えきった鋳型よりも熱い鋳型の方がよいことが解ると思う。

    試片
    NO.
    出湯温度
    鋳込温度
    Sc
    化学分析


    T.C
    Si
    Mn
    P
    S


    NO.1
    1540ﾟC
    1360ﾟC
    0.94
    3.32
    2.09
    0.75
    0.154
    0.091


    NO.2
    1550
    1340
    0.94
    3.42
    1.89
    0.60
    0.097
    0.075


    NO.3
    1560
    1330
    1.10
    4.03
    1.78
    0.50
    0.038
    0.053


    NO.4
    1550
    1340～1350
    1.04
    3.80
    1.86
    0.65
    0.038
    0.056



  • 鋳込開始時間
    溶
    解作業が始まると溶解の責任者はその鋳型のカブセ前完了の時間を開き、その鋳型に入る溶湯の材質をたしかめ、造型完了の時期をねらってその材質の溶湯を出
    すわけですから、少なくとも鋳込開始時間が計画通り行くかどうかを溶解責任者に連絡しなければならない。溶解の方では、連続出湯しているから時間的に違っ
    て来た場合は、第二の手段をとらねばならないから。その点、熱風乾燥機を使って鋳込直前に取りはずし、鋳込作業を行うことは理想的である。更に金型につい
    ては特に著書である。金型の予熱温度を変えることに依り、鋳鉄の機械的性質が種々変化する。その例を第１図及第２図に示す。第一図は金型温度を常温から
    ５００ﾟＣあげた場合の鋳鉄鋳物の表面硬度を調べたものである。第二図は、抗張力との関係を調べたものである。一般に肉厚の薄いものに対しては、金型温度
    は、高い方がよく、肉厚ものに対しては低くてもよい。１５０～３７０ﾟＣ（Ｃ．Ｃ．Ｍ）、２００～４００ﾟＣ（日本強靭）、中大型鋳物では
    １５０～２５０ﾟＣ薄型では、３５０～４５０ﾟＣ（東欧）ｔﾟＣ＝４７０－２６Ｅｐ＞＝５０ﾟＣが、適温であろう。４００ﾟＣ以上になると、グラファイド
    が粗大化する傾向にある。
    尚、図中NO１.２.３.４の試料の化学成分及鋳込条件は第一表の通りである。

  • 鋳型について
    手
    落ちがないかどうか、ハリ止めを必要とするならば充分であるかどうか、クサビはゆるんでいないかどうか目ぬりは充分であるかなど、クサビはゆるんでないか
    どうか目ぬりは充分であるかなど、乾燥型の場合、チェックしなければならない。又取鍋や湯汲は、充分に予熱してあるかどうかを確める必要がある。ストッ
    パー式の取鍋やドビン式取鍋を使用しない場合は、鋳型にノロが入らないようにカケゼキ防　板をつけたり、取鍋に口受けを準備したりしなければならない。
    又、取鍋をどの位置に持って行って注湯するか、あらかじめ、予定位置を決めて置くこと。この鋳型は、何度で鋳込むかは、すでに方案が指示されていれば問題
    ないが、指示されない場合には、上司に確かめて置く必要がある。又、溶湯の材質は解っているのだからあらかじめ、湯面模様を頭の中にえがいて置くべきであ
    る。

    • 第２節　鋳込み作業の容量について知っていること

    鋳込みに対して、先ず次のことを確かめて見よう。



    1. トリベの乾燥は、充分であるか

    2. トリベの予熱は、充分であるか

    3. トリベのランニングは良いか

    4. 取鍋に入った溶湯の量は充分に適当であるか

    5. 溶湯のノロはよく除去したか

    6. 鋳込み温度はよいか

    7. 取鍋の位置はよいか

    8. 湯を充分にセキ鉢に満しているか


    注
    湯に際して細々と湯を入れないと、溶湯がセキ鉢からこぼれるような場合は、セキ鉢の形状や大きさを再検討しなければならない。鋳込に対して昔からいわれる
    ように、「静かに早く」ということは大切なことで、当然、鋳造方案に依って決められるが、鋳込みに際しても充分セキ鉢に満たすことが必要である。又中大型
    鋳物には、よくストッパーが使用されている。鋳込む際の注湯の要領として、溶湯の１／２～２／３は出来るだけ早く鋳込み、溶湯を切らないようにして、残湯
    は静かに鋳込むという感じで作業を行うとよい。遠心鋳造などに於いては、特にこの点に留意してやらなければならない。


    第３節　トリベ等鋳込用器具の種類及び使用法について知っていること

    トリベには、杓取鍋、連台式取鍋、ギヤー付き吊上げ傾注取鍋、土瓶式吊上げ取鍋、円筒式取鍋、ストッパー式取鍋などの種類がある。
    杓
    取鍋は、現場ではよく「湯汲み」と称しているもので、５～１５kg程度の湯を運搬し、小物の鋳型に注入する器具である。連台式は、２０～８０kg程度の湯
    を運ぶもので、２人で連台式に行うものである。これ等は人力でやるものだが、モノレールを使用したりクレーンによって、トリベを運搬するものに、写真
    １．２．３などがある。
    写真1は手動で注湯する簡便なもので、モノレールに吊り下げて使用される。写真４はその注湯作業しているところの写真である。
    写真２は、ギヤーの付いた吊上げ式の取鍋で普通５００kg～２０,０００kgまである。又溶湯にノロが、混ざって鋳型に入らないようにするために、ドビン口のように溶湯とノロを分離するようにした土瓶式の取鍋は、写
    真３のようなものである。又大型鋳物に、よく使用される取鍋では、写真３のようなものである。又大型鋳物に、よく使用される取鍋ではストッパー式のものが
    あり、写真１のような吊上式の取鍋の底部に溶湯の流出口があって、これをストッパーで押さえているものでノロが入らない、注湯温度の調整などに便利などの
    利点があるがこのストッパーの操作に熱錬を要し注入ヘットが大きいなど不順れのため思わぬ失敗をすることがある。


    第４節　鋳込温度について知っていること

    高
    温溶解は必要なことなのでその出湯温度は１５００ﾟＣ以上の高温がよいが、鋳込み温度は必ずしも高いものが良いとは限らない。その鋳型の性状、大きさや溶
    湯の成分、溶解条件、製品肉厚の厚い薄い、大小などに依って種々違って来る。そうかという鋳込温度が低く過ぎれば湯境やピンホールなど不良の原因になる場
    合が多い。したがって、適温ということが大切である。


    第２表鋳込温度とすくわれ面積（例）


    水分
    ３％
    鋳込温度
    注湯
    時間
    鋳込温度
    すくわれ面積cm2


    下型平面
    垂直面
    上型面
    計


    NO.1
    1270ﾟＣ
    ９
    1.4K/S
    －
    －
    －
    －


    NO.2
    1420ﾟＣ
    ９
    1.4K/S
    0.14
    2.20
    －
    2.34


    今、
    合成砂鋳型において、鋳型硬度、鋳込速度、砂の中の水分等を別個に考えた場合、鋳込温度が高いものほど「すくわれ」の現象がひどい、鋳物砂中の水分を変え
    ずに、鋳込温度を変えた場合の状態を第２表に示す。溶湯の成分は3.27％Ｃ、1.89％Ｓｉ0.76％Ｍｎ、0.15％Ｐ、0.004％Ｓである。
    一般にＦＣ１５、ＦＣ２０のように高炭素の溶湯は、流動性もよいので、１３００ﾟＣ～１３５０ﾟＣ位で充分であろう。製品の大小にもよるが、低炭素低珪素のＦＣ３０位の溶湯になると、少なくとも１３８０ﾟＣ以上で鋳込みたいものである。
    さ
    て、金型鋳造ということになると鋳込温度が高いと、抗張力がやや減少し、硬度は高くなる。したがって低温で鋳込んだ方が材質的に優れたものが得られる報告
    が出ている。しかし金型鋳造の場合には、製品の肉厚、金型の肉厚、金型の予備温度、塗型剤の種類、鋳込速度などに依って種々の条件が違うので、まだまだ確
    定的なこととはいえない。


    第５節　鋳込速度

    溶湯の短時間当り断面積における湯の量を表わすが、鋳造方案をたてるに重要な事項である。この鋳込み時間は、複雑であって、



    1. 鋳物の形状、寸法、重量

    2. 使用する砂の性質又は、金型の肉厚、予熱温度、塗型方法

    3. 鋳型の条件

    4. 温度勾配

    5. 過熱度

    6. 溶湯の成分

    7. 流動性


    など数多くの要素に含んでいる。この鋳込時間の決め方には、色々と文献が多いが、実際例と比較して、その工場独自に決めて行かなければならない。
    鋼鋳物研究会の例をとると、第３表の通りである。


    第３表鋳鉄の鋳込み時間


    鋳物重量(kg)
    ＜５００
    ＞５００
    ＞１０００
    ＜４０００
    ＞４０００


    鋳込時間(sec)
    ４－８
    ６－１０
    １０－２０
    ２５－３５
    ３５－６０


    普通大低のものは１分以内で、小物なら５～６秒、大きな２０ｔ位のもので１分程度でこれ以上大物でも２分以内に鋳込むべきだといわれている鋳込時間に就いてＤｉｅｔｅｒｔは、次式で算定している。
    鋳込時間(sec)＝Ｋ×√Ｗ
    Ｗ：鋳込重量（１ｂ）
    （０.７４）Ｋ＝１.１鋳物の肉厚７／６４～９／６４のとき
    １.２５〃１０／６４～２０／６４〃
    (１.０)１．５〃２１／６４～３９／６４〃
    そこで鋳込時間に適するように湯口の大きさ、高さ、数などを決める。又、Ｒ，Ｗ，Ｗｆｉｔｅは、ダクタイル鋳鉄の鋳込時間＝０.６５×√鋳込重量なる式を用いている。これをｋｇ、cm2で換算すると、
    鋳込時間(sec)＝０.９７√Ｗ(kg)
    絞り面積＝Ｗ(kg)／ｔ(sec)／１.１２５
    １６Ib／m2／sec＝１.１２５kg／cm2／sec
    第３図
    これに関して実際に生産されている鋳物について、日本鋳物工業会で調べた実績では、３００kg以下の小物は、0.8～1.0kg／cm2／sec、それ以上のものは1.1～1.2kg程度であったと報告されている。第３図は、重量と鋳込時間の関係を示す一例である。
    現
    在一般に使用されている鋳込時間は計算値よりも、低い値を示している。やはり、「静かに早く」と早い方がよい鋳造方案を決める始めに、鋳型に鋳込まれる工
    場の量を単位時間に単位面積当り0.9kgとか1.1kgとか、その製品の形状、大きさから決定し、それから、セキの面積、鋳込時間を決めることも一方法
    であろうと思う。


     
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    dm02
    第１節　主なる鋳鉄溶解炉の種類及用途
  • 一
    般に金属の溶解炉としては、キュポラ、ルッポ炉、反射炉、回転炉、アーク炉、誘導電気炉、平炉、転炉などであるが、その溶解する金属によって、鋳鉄用、鋳
    鋼用、銅合金用、アルミ合金用、その他非鉄合金用として、その原材料に依って、溶解条件が、色々違うことや、経済的な観点から、その炉の構造や熱源が異っ
    て来ている。

  • 鋳鉄溶解炉としては、昔、コシキを使用していたが、比較的に構造が簡単で操業の容易な酸性冷風キュポラが、多く使用さ
    れている。ところで、鋳鉄の材質というものが、その溶解作業の適否に依って、非常に、左右されますので、溶解作業というものは、慎重に行なわねばなりませ
    ん。その上、鋳鉄の材質が、日々改良され、今まで、ＦＣ２０で満足されていたものが、使用者側の要求で、ＦＣ２５になったり、ＦＣ３０になったり、又、
    ＦＣＤ４０や５５になったりして来ると、益々作業管理をよくしなければならず、従って、キュポラそのものも改良され、水冷熱風キュポラが使用され、又、最
    近では多くの工場で原材料が安価ですみ、かつ温度調節、品質管理のしやすい低周波誘導炉が利用されてきております。第１表にダクタイル鋳鉄溶解に用いられ
    ている溶解炉の使用している実状を見てもわかるように、高級鋳鉄になるに従って、使用炉も変わってきております。
    写真1は、コンキ古炉、写真２は、池貝式酸性冷風キュポラを示す。

    • 第１表ＦＣＤ溶解炉の実状


    炉の種類
    使用会社数


    電気炉
    １７１


    酸性キュポラ
    ３５


    塩基性キュポラ
    ５４


    その他の炉
    未報告社あり不詳


    第２節　キュポラの構造

    1. 主要部分の名称

    2. 主要部分の機能


  • キュポラの各部の名称については、第1図にかかげる通りであるが、これ以外に下記の言葉や符号が、一般に使われる。

    第１図キュポラの各部分の名称


    羽口面炉の断面積
    ：Ａ(m3)


    羽口比
    ：Ａ／ａ


    有効高さ比
    ：Ｈ／Ｄ


    風箱断面積
    ：ｄｌ(m3)


    溶解速度
    ：Ｗ(t/hr)


    送風量
    ：Ｖ(m3/min)



  • 溶解能力
    キュ
    ポラの溶解能力は、例えば、５ｔキュポラといえば、１時間に溶解される溶湯の量が、５ｔであるというように、言われて来たが、これは、どこまでも、一つの
    「目安」であって、その送風量やコークス比などで、溶解速度が、変わってくるので、妥当な表現ではない、そこで、キュポラの内系に依って、キュポラの番号
    を決めて、その番号に依る標準の溶解速度を決めている。第２表は、キュポラの内径に対する溶解速度の標準値を示す、従って、キュポラの選定に当たっては、
    前似て出湯速度は、どの位にするのか、どんな地金を使用するのか、どんな製品を主としてやるのかなど、その操業の目的を決めてからでなければならない。

    第２表キュポラの内径に対する溶解速度の標準値（鋳物便覧参照のこと）


    番号
    No.
    内径
    Ｄ(mm)
    断面積
    Ａ(m2)
    溶解速度Ｗ(t/hr)


    V/A=121～140
    V/A=101～120
    V/A=80～100


    １
    300
    0.071
    0.4
    0.3
    －
    －


    ２
    350
    0.096
    0.5
    0.4
    －
    －


    ３
    400
    0.126
    0.7
    0.6
    0.5
    －


    ４
    450
    0.159
    1.0
    0.8
    0.7
    0.5


    ５
    500
    0.196
    1.3
    1.1
    0.9
    0.7


    ６
    550
    0.238
    1.6
    1.4
    1.2
    1.0


    ７
    600
    0.283
    2.0
    1.8
    1.6
    1.3


    ８
    650
    0.332
    2.5
    2.2
    2.0
    1.7


    ９
    700
    0.385
    3.0
    2.7
    2.4
    2.1


    10
    750
    0.442
    3.5
    3.2
    2.9
    2.5


    11
    800
    0.503
    4.1
    3.7
    3.4
    2.9


    12
    850
    0.567
    4.7
    4.3
    3.9
    3.4


    13
    900
    0.636
    5.3
    4.9
    4.4
    3.9


    14
    950
    0.706
    5.9
    5.5
    5.0
    4.4


    15
    1000
    0.785
    6.6
    6.1
    5.6
    5.0


    16
    1050
    0.866
    7.4
    6.8
    6.2
    5.6


    17
    1100
    0.950
    8.2
    7.5
    6.9
    6.2


    18
    1150
    1.039
    9.0
    8.3
    7.6
    6.9


    19
    1200
    1.131
    9.8
    9.1
    8.4
    7.6


    20
    1250
    1.227
    10.7
    9.9
    9.2
    8.3


    21
    1300
    1.327
    11.6
    10.8
    10.0
    9.0


    22
    1350
    1.431
    12.5
    11.7
    10.8
    9.8


    23
    1400
    1.539
    13.5
    12.6
    11.7
    10.6


    24
    1450
    1.651
    14.5
    13.6
    12.6
    11.4


    25
    1500
    1.767
    15.6
    14.6
    13.5
    12.3


    適応するｺｰｸｽ比(%)
    17～22
    22～17
    10～12
    8～10


    ｺｰｸｽ中の灰分(%)
    ＜10
    ＜10
    10～12
    10～12


    出湯温度(ﾟC)
    ＞1500
    1450～1500
    1400～1450
    ＜＝1400


    操業の目的
    高温溶解特に屑鉄
    主原料の溶解に適する
    正常操業
    経済的操業
    経済的操業


    備考
    ｺｰｸｽ比を低下すると
    過剰送風の害を生ずる
    過少送風の害を
    生じやすい



  • 溶解体の形状
    第２図炉内の形状

    第２図に示すように色々な形状のものが使用される。(ｲ)は、普通の形状で、(ﾛ)は、送風を少しでも炉の中心に送り込もうという考え方、(ﾊ)は、材料
    を多く予熱しようということであるが、傾斜の角度や位置に注意しないと、棚つりを起し易い。(ﾆ)は、炉況の変動が少ないように、あらかじめ過熱部分を拡
    大して置く、高温溶解用としては、(ﾛ)か(ﾆ)が、よいようである。

  • 有効高さ
    羽口の
    位置より上の投入口下づらまでの高さを言っていたが、これは、材料を手装入する場合のことであって、機械的に装入する際は、投入口下面と装入された材料の
    上づらとは違って来るから、有効高さとは羽口の位置から上方に一杯つまった材料の上辺までの高さをいう。要すれば、充分に予熱するのに有効な高さというこ
    とです。この「有効な」ということは、予熱のみにこだわると、この有効高さＨを大にすればよいのですが、問題はこのＨを大にすると、送風抵抗が増加して送
    風機に負担がかかりすぎたり、あるいは送風量を一定にして置くとその単位面積当たりの送風量が不足になったりしますので、有効な範囲があるわけで、一般に
    は有効高さ比は４～５をとり炉径の小さいものほど大きな値をとります。早稲田の鋳物研究所の加山博士は、炉径４００m/mの小型キュポラで実験されたとこ
    ろ、Ｈ＝２４００m/mが、よい結果が出て居り、Ｈ/Ｄは、１～２t程度のキュポラでは、６～5.5ぐらいにすべきだといわれております。

  • 羽口
    羽
    口は、炉の中に空気を送り込むところで、その羽口の大きさ（断面積の総和）とか形状とか、数に依って、炉の中のコークスの燃焼状況が、違って来るので大切
    なところです。今、羽口の断面積の総和をａで表わすとＡ／ａこれを羽口比と言って、炉の大きさに依って、Ａ／ａは、決められ、その標準としては、４～１０
    の範囲で、炉の径が小さいほど小さくとる。
    理想的に言えば、炉の中心部も外周部も、コークスの燃焼は、均一に行われるのが、よいが、実際には中々思うように行きません。現場でのテストとしては、羽口から、鉄棒を突っ込んで、その位置に依り、赤熱の状態や湯滴の附着状況を調べて見ることも必要でしょう。
    羽口の形状には、丸羽口(ｲ)、短形羽口(ﾛ)、入羽口と出羽口の違う末広がりの羽口(ﾊ)など、色々あります。
    この外、羽口を傾斜させて空気が、炉壁に沿って上昇することを防ぐために設計されたものもありますが、大した効果は認められていませんので、水平羽口でよいと考えます。

  • 風箱
    昔
    は、非常に小さかったものがもともと風箱は、送風機から送られて来た空気を溜めて、各羽口に導管を通じて、供給してやる役目ですから、小さいより大きい容
    量の方がよい。その目安としては、送風管の管径に等しいか、若しくは、若干大きい幅にして、その風箱の長さは、幅の４倍ぐらいにするのがよいと言われてい
    る。非常に早く流れ込んで来る空気をそのまま羽口に通すと、羽口の位置に依って、特定の位置にある羽口だけが、特別な影響を受ける。そのため均等に羽口に
    入るように、風箱の中に邪魔板を入れて、空気を適当に導く均等送風―――一般に平衡送風と呼んでいる―――になるような風箱が考案されて、特許になってい
    るものも多い。

  • 出湯口と出滓
    第4図ﾌﾛﾝﾄ､ｽﾗｯｷﾞﾝｸﾞ装置

    以前には、溶湯とスラグは、羽口下の湯溜り部からとり出されたり、炉の前に固定式の前炉を置いて前炉から、とり出されたのですが、湯溜りにためる場合に
    は、その間のコークスと常にふれ合っていますから、加炭されたり、硫黄を吸収したりします。又前炉などで溜めた場合、湯口の出し具合で、スラグの層の厚さ
    が変わり、溶湯の成分のばらつきが、大きくなります。
    こうしたことは、鋳物製品の品質管理上面白くないので、出来るだけ、バラツキの少ないこと
    が、望まれるわけで、こうした観点から、連続的に出湯させ、スラグを分離される方法が生まれました。そして、最近では、可成り普及されている「フロント、
    スラッギング」方式が採用されているわけです。第４図は、その構造を示して居ります。写真３を御覧になれば、よく解ると思います。
    炉内と分離装置の内とは、溶湯で、連続しているわけで、その各面を押す力は、平衡しているわけですから、炉内、スラグ槽、流出口は、皆等しいことになります。したがって、炉内圧Ｐ'を水柱で表わすと、近似的に、
    Ｘ＝１／７×Ｐ'＋１／３×Ｓ＝Ｘ＋１／３×Ｓ
    実際には、Ｐ'は、測定して居らず、風箱の圧力Ｐを測定して、Ｐ'は推定である。従って、実用的にはＰの水柱mmの風圧を調べ
    Ｘ＝0.144Ｐ＋12.7(m/m)
    で、Ｘを決めればよい。

  • 前炉
    溶湯を溜めるためのものであるが、次のような利点がある。

    1. 炉内に湯を溜めるため成分的に均一化される。

    2. 硫黄の吸収が少ない。

    3. 炭素が吸収されて加炭することが少ない。


    欠点としては、溶解のドロップがある。５０～７０ﾟＣ温度降下する。したがって、この欠点を補うために、予熱をしなければならない、又、前炉の大きさは、炉径に依るが、目安としては、1時間当たりの溶解量の５０～６０％程度の湯を溜める容量のものが適当である。



    • 第３節　キュポラの附属設備

    (1)送風機
    (2)計器
    (3)材料装入機械類


  • 送風機
    第5図ﾌﾞﾛｱｰの構造(概略)
    キュポラ用送風機にはルーツブロアーとターボブロアーの２種類があるが、一般にはターポブロアーが使用されている。第５図に示してあるように、ルーツブロアーは、ケーシングの中にある。
    ２
    個の回転子に依って、圧縮された空気を送りだすもので、吹出側の抵抗が増えても減っても、ほぼ一定の風量が流れる。これに対してターボブロアーは、第5図
    に示されているように、羽根車の回転に依って羽根車の間の空気を遠心力で外に送り出すものであって、吐出口側に抵抗を与えると風量は少なくなって来る。
    キュポラ炉内には、一定の送風が、出来ることはよい溶解が出来るわけでその点、ルーツがよいが抵抗が、多過ぎた場合、より以上の負荷がブロアーにかかって来るので、これがルーツの欠点である。
    一
    方ターボの場合は、抵抗を増せば、風量が少なくなって来て、ブロアーに無理がかからない、そこでこの風量をコントロールする制御装置を併用する必要があ
    る。併し、総じて設備費や維持費がかからないので、多くのターボブロアーが使用されている。送風機の取扱上の一般的な注意としては

    1. モーターには、必ずアースをとること

    2. 送風機を起動してから、ダンパーを開く

    3. 羽根車を逆転させないこと


  • 計測器 計測器の主なものは、風圧計、風量自動制御装置、温度計、メーターなどである。

    1. 風圧計
      風圧記録計として計器メーカーで、市販されているが、現場で簡単にチェックする程度なら、目盛板のついた板にビニール管をとりつけるだけでよい。

    2. 風量計
      送風管の直線部分にオリフィス、ピトー管を差込んで、送風管の中の空気の速さを調べる。差込む位置については、その上流に送風管径の８倍、下流に４倍の直線部分につける必要がある。

    3. 温度計
      光温度計、浸漬熱電対式温度計が、一般に使用される。前者は、対眼レンズを通して溶湯を見る際にフイラメントの輝度と溶湯の色とが、合うようにして、温度を測定する後者は、白金－白金ロジウム熱電対を使用する方法で、最も確実である。


  • 材料投入機
    材
    料を手装入する場合には、地金を装入台に持ち上げる手間、地金を炉に入れる労働が、必要であるが、機械的に装入する際は、これらの労働力が一切節約でき
    る。６ＴＳのキュポラの材料装入を労務者１名で行なっている例もあるほど、重要な部門である。これが選定については、キュポラの能力、種類、製品の種類な
    ど色々な面で考慮しなければならないが、もし電気的な故障や操作の不手際などで停止することになれば、溶解を中止しなければならないので、先づ、第一に故
    障の少ない、安全装置の完備した簡単で電気的に複雑でないものがよい代表的なものとしてはダンプスキップ式（写真４）、スキッブバケット式、スイベル式
    （写真５）、クレーン式、モノレール式（写真６）などがある。

    • 第４節　キュポラの操業法

    1. 点火

    2. 原材料の装入

    3. 送風

    4. 溶融温度

    5. 溶解速度

    6. 出湯及び出滓


  • 工具及材料 点火に先立って、溶解作業に使用される工具類について簡単に説明致します

    第６図

    第７図止め棒

    第９図測定用具



    1. 栓抜き棒 １６m/mφ以上のもの２～３本を用意する（軟鋼棒）

    2. 栓止め棒 軟鋼棒又は、コンジットペイプで第６図のようなものを使用する

    3. 栓止め材料 生粘土で下図の如くに円錐形にまるめて栓止め棒の先につける

    4. 羽口掃除棒

    5. 炉底落し後の工具、デレッキ、水ホース、突棒

    6. ベットコークス測定用工具（第７図）

    7. ヘロツリ用Ｓ環

    8. スコップ

    9. ハンマー

    10. ハジロ、黒味、水桶


  • 準備作業
    溶解作業開始－吹立て－に先立って、ベットコークスの積込みと原材料の装入作業がある。

    1. やわらかい薪を下に、かたい薪を上にして、井桁に積み、下から順次燃え易いようにする

    2. 羽口は全部開いて置く

    3. 点火口より油布に火をつけて点火する

    4. キュポラの送風開始前３～４時間前に点火する

    5. 薪に火がつき燃え上がったときベットコークスの一部を火炎が見えなくなるまで装入する

    6. コークスから火炎が再び上り始めたら、コークスを再び装入し、数回行なって、所定の高さにする

    7. ベットコークス高さ測定具にて調べる

    8. ベットコークスには、大塊の粒を揃えて使用する

    9. ヘットコークスの高さは、炉径の１.５～２倍－羽口面に於いて－ぐらい必要で低過ぎると、溶湯の酸化を助長するので小炉は、高目に入れた方がよい

    10. 地金装入する前２～３分間炉内に空気を送って清掃するとよい、所謂空吹きを行なって、炉内から灰を吹き飛ばす。

    11. 空吹き後、羽口から鉄棒で炉内をつきベットコークスの空洞をなくして落付かせる


    12. 空吹き後、出湯口及予備出湯口を閉じる。その閉鎖の際注意することは、第１０図に示すように、奥の方だけ黒鉛を水で、練ったものを細い棒で結め、乾いた砂を押し込んで置く。
      第１０図出湯口の止め方




    地金の装入



    1. 空吹き後ベットコークスの高さを調節し、装入開始までの時間が長いときは、更にベットコークスの高さを調節する

    2. 配湯量、順序を造型責任者と再確認した上、石灰石、地金、コークスの順に装入口まで積込む

    3. 造型作業のカブセマへの時間がかかるような場合は、地金を装入するのを待つ

    4. 初めの１～３山は、小割のものを装入するようにする

    5. 一番大切なことは、材料の秤量を正確にやることで、溶解の前には、秤を点検するだけの心掛けが必要です

    6. 石灰石は、炉の中心に入れるようにする

    7. 合金鉄に於ても中心に平均に入れる

    8. 送風機のダンバーは、完全に閉ざして置く、炉内ガスの逆流に依って送風機内や送風管で爆発の危険があるから、充分注意しなければならない。


  • 装入方法

    1. 装入順序
      地金の装入は、次の順序にする
      コークス－>石灰石－>合金鉄－>鉄屑－>故銑・返り材－>新銑

    2. 作業上の注意

      1. 装入材料は、正確に秤量する

      2. 毎回装入の終わりには、常に同じもの（例えば、コークスは地金）があるように決めて置くこと

      3. 装入物が、炉内の一方にかたよらないようにすること

      4. 石灰石は、最後の２～３山は、入れないでもよい

      5. 操業の終わり近くの２山は、細い材料を入れない

      6. 吹き分けの必要がある場合には３山分のコークスを余分にいれる。ついで挿入材料を指定通り入れる

      7. 吹き分け前の２～３山は、小片の地金を入れて早めに溶け落ちるようにして、転換してからの１～２山は重くね、ヅングリしたものを挿入し妖怪速度を遅らせる。

      8. ２種類の地金の間の１～２山分のコークスは、小塊のものを使用する



  • 溶融温度
    鋳
    鉄の溶解温度は、１１５０ﾟＣから始って、１２００～１２５０ﾟＣで終わるわけですが、銹つまり酸化した鉄がありますと、その酸化鉄の溶融点は、
    １４００～１５００ﾟＣもあります。ですから、もし酸化鉄が厚く固くはりついているとすると、これに包まれた状態で溶融が始まるわけで、酸化鉄は、酸素の
    供給源ですからとけて行く溶湯の中に酸素が入り易いことになります。こうした現象で溶湯の酸化が起るものと思われます。

  • 溶解速度
    鋳鉄が、コークスの燃焼に依って、溶けて行くわけですが、羽口から入った酸素とコークスの反応は、誰でもご承知のように、
    Ｏ2＋Ｃ＝ＣＯ2＋８０８０kcal/kg.....(1)
    ＣＯ2ガスを発生して、発熱反応を起します。kg当たりというのは、炭素１kg当たりの発熱量（キロカロリー）を示して居ります。この反応に依って炉内は、千数百度の高温になって次に、
    ＣＯ2＋Ｃ＝２ＣＯ－３２６５kcal/kg.....(2)
    このような反応が起ります。だんだんガスが炉の上の方に行って温度が下がって来ますと、つまり１０００ﾟＣ以下になりますと、(2)の反応は起りませんので、反応が途中で停止の状態で炉項に吹き抜けて終わることになります。
    さて、溶解速度は、その炉に依って単位時間当たりの溶解量は違いますが、早くてもいけないし遅くてもいけません。と申しますのは、その溶解作業が管理されていないからです。そこで、送風量が、多い場合と少ない場合について、検討してみましょう。

    1. 過
      剰に送風致しますと、羽口直上の燃焼は、前記(1)式の反応が起って、一時的には、出湯温度は、上がりますが、やがてコークス床を補充する追込みコークス
      が、不足して、溶解帯が、下がって来ます。しかし、風が強く送られていますから、発熱が盛んで溶解速度は早くなります。ところが、溶解部分が低下している
      ために、溶湯の落下する距離が短いので、出て来る湯は温度が下がっており、湯が酸化してしまう。

    2. 今後、過少送風したらどうかと申しますと、(1)の反応もある程度起りますが、
      Ｃ＋1/2Ｏ2＝ＣＯ
      の
      ような不完全燃焼の反応が起って発熱量が不足して来ますから、その地金の受ける熱量も足りなく、溶解速度、出頭温度共に下がって来ます。ＣＯ雰囲気の中で
      溶けますが低温出頭のため、脱酸が不充分で、これまた酸素気味の溶湯となります。このようにコークス比と送風量がマッチしませんと、溶湯酸化の原因ともな
      り、溶解速度も一定になりません。


  • 出頭及出滓

    1. フロントスラッグングに依りスラグを分離した溶湯は前炉に溜められる。出湯後、接種を行ない鋳鉄の材質の改良が行なわれる。もっともその溶湯が、低炭素低珪素の素湯ほど大きな効果がある。一般には次の通りである。

      Ｃ
      ３.５％
      接種することは少ない（註１）


      Ｃ
      ３.２５％
      相当接種が行われる


      Ｃ
      ３.０％
      接種するのが普通


      Ｃ
      ２.２５％
      接種しなければならない


      （註
      １）ダクタイル鋳鉄製造の際の湯は、高炭素であるが、球状化の前に行われる。これは、グラファイトの数を増やすために行われるものである。出湯温度は、普
      通鋳鉄で、１４８０～１５００ﾟＣ程度の温度が目標であろう。溶融温度の項で申し上げたように、出湯温度は、送風量の多少、コークス化、コークスや地金の
      大きさなどに依って左右される。



    2. 出滓
      流出される滓については、その流動性、色、流出状況等を観察する必要がある。ス
      ラグの性状だけで、炉況を判断することは、避けたいが、一つの目安として考えることはよい。一般に炉況が、安定しているときには、その色は、普通つやのあ
      る褐色又は緑色であれば、良好と考えられ、黒色のものは酸化の傾向にある。又流動性が、悪い場合には、炉内温度の降下が考えられる。


    • 第５節　溶解用原材料の種類及び使用法

    1. コークス

    2. 地金類

    3. 鉄合金等の添加物

    4. 石灰石


  • コークス
    キュポラ操業で高温溶解を行なうには、何といっても品質のよいコークスを使用することが必要である。それでは、どんなコークスがよいか。第３表に示します。

    第３表コークスの性質


    固定炭素
    灰分
    揮発分
    全硫黄
    落下強度


    >88
    >10
    <1.5
    >0.65
    >85


    又コークスの粒の大小に依って、炉内に於ける反応が違って来るが、その状態を第１１図に示す。
    第１１図炉内のコークス粒度に依る影響

    第１１図で解るように、コークスが小さすぎると、ガスと接触する面積が大きいので、炉の下部で酸化反応が活発に行われて、溶融温度の項でもご説明したよう
    に、発熱反応が起き、つづいてＣＯ2－＞ＣＯへの還元反応が起る。炭素１kg当たり３２６５kcalの熱量が減らせられて上部は非常に低い温度となる
    コークスが過大になると、集中的に発熱が起らず、還元反応も行なわれ難いので、炉内雰囲気は上部の方まで、ＣＯガスが多くなって来る。
    コークスは、ベットコークスと追込み用コークスとして使用され、ベットコークスの方は、大きめに使用するようにすることは、溶解準備作業の項で述べた通りである。追込みコークスの割合をいい、送風量とともに溶解には欠くべからざる条件になって来ます。
    第４表にコークス比と送風量の一例を示します


    第４図コークス比と送風量


    材質
    出湯温度
    鋼材配合率
    ｺｰｸｽ比
    送風量


    FC15
    1440～1470
    0
    9～11
    (V/A)


    FC20
    1460～1490
    15～30
    10～13


    FC25
    1480～1510
    30～50
    13～15
    95～110


    FC30
    1510～1540
    50～60
    15～18
    115～130


    FC35
    1520～1550
    60～80
    17～20
    130～150



  • 地金 装入地金は、銑鉄、返り材及鋼材である。

    1. 銑鉄
      銘柄のはっきりしたもの素性のわかっているものを使用すべきである。後になって、配合計算をする際に、困らないようにする、又キュポラの大きさに依って、新銑を小割にする。第５表にその例を示す。
      ダクタイル鋳鉄用には、ダクタイル用銑があるが、一般の鋳物用高炉銑を第６表に示す。

      第５表新銑の割り方


      ｷｭﾎﾟﾗの内径
      割り方


      ＜550m/m
      4ﾂ割


      ＞550m/m
      2ﾂ割


      第６表鋳物用高炉銑の化学組成一例


      種別
      Ｃ
      Ｓｉ
      Ｍｎ
      Ｄ
      Ｓ
      Ｃｕ


      室蘭銑
      4.08
      4.06
      1.84
      2.02
      0.57
      0.61
      0.136
      0.130
      0.018
      0.027
      00.
      0.05


      釜石銑
      4.26
      4.16
      1.86
      2.01
      0.62
      0.58
      0.115
      0.148
      0.032
      0.028
      0.13
      0.11


      八幡銑
      4.13
      4.26
      1.98
      1.97
      0.60
      0.44
      0.286
      0.226
      0.033
      0.022
      0.10
      0.07


      尼鉄銑
      4.12
      4.32
      2.12
      1.87
      0.60
      0.54
      0.137
      0.135
      0.028
      0.035
      0.19
      0.18


      中山銑
      4.41
      4.49
      2.56
      2.36
      0.50
      0.61
      0.145
      0.136
      0.015
      0.018
      -
      -



    2. 戻り材
      砂
      やゴミ、錆などをとって、ほぼ同じ大きさにしてから使用する。普通鋳物なら、細かいものでもよいが、強靭鋳鉄には、使用しないこと、又ダクタイル鋳物も併
      用してやっている場合は、材料の管理をしっかりやって置かないととんでもない溶解をやって終えることがある。返り材の大きさ及び重量の標準を第７表にかか
      げる炉の大きさによって変えなければいけない。

      第７表返り材の大きさ


      ｷｭﾎﾟﾗの内容
      大きさ(ﾀﾃﾖｺ)
      重量kg


      500～750
      200×100
      ＜10


      750～1000
      250×150
      ＜20


      1000～1250
      300×200
      ＜40



    3. 鋼材
      錆びたものや土などの多いもの、鉄線、薄板、特殊鋼は、避けるべきである。戻り材と同じように大きさに制限があるので、第８表にかかげます。

      第８表鋼材の形状


      ｷｭﾎﾟﾗの内径
      長さmm
      巾mm
      厚さmm
      径中
      重量


      500～750
      50～150
      20～80
      3～20
      -
      0.1～4


      50～150
      -
      -
      5～30
      〃


      750～1000
      75～200
      25～100
      3～35
      -
      0.2～10


      75～200
      -
      -
      10～50
      〃


      1000～1250
      100～
      30～150
      3～50
      -
      0.2～15


      100～300
      -
      -
      10～80
      〃


      第９表鋼材の化学成分


      Ｃ
      Ｓi
      Ｍn
      Ｐ
      Ｓ
      Ｃr
      Ｃu


      0.1～0.3
      0.1～0.4
      0.4～0.8
      <0.05
      <0.05
      <0.1
      <0.1




  • 合金鉄
    合
    金鉄は、一般には、フエロシリコン（ＦＳi）フエロマンガン（ＦＭｎ）を炉項から添加するがこの外、接種（イノキュレーション）用としては、フエロシリコ
    ン、カルシウシリコン（Ｃa－Ｓi）が使用される。その他の合金鉄、例えば、アシキュラー鋳鉄などを製造する場合にはＦＣr、ＦＮiＦＭｏなどが必要に応
    じて用いられる。一般に使用されいる合金鉄の種類と大きさを第１０表に示す

    第１０表合金鉄の種類と大きさ


    用途
    種類
    粒度mm


    炉項添加用
    フエロシリコン２号、３号
    高炭素フエロマンガン１・２号
    ２０～７０


    接種用
    フエロシリコン２号
    カルシウムシリコン１・２号
    ２～４



  • 石灰石
    石
    灰石は、造滓材として使用され、コークスの灰分、地金についた錆、又裏張り材料などから生じたスラグの溶融点を下げ、流動性のよいスラグとして出滓される
    のが主目的である。２０～４０m/mぐらいのものを用いる。４％位装入さめるのが普通、しかし、スラグの堅い場合つまり流動性の悪い場合には螢石を用い
    る、青い透明なものがよい。組成は、弗化カルシウム（ＣａＦ）である。配合例としては、

    石灰石
    ４％（２０～４０m/m）


    螢石
    １％（４０～６０m/m）


    カルシュウムカーバイト塊
    １％（５０～７０m/m）


    などがある。



  • 一山の装入重量の決め方
    前記の溶解用装入材料をそれなら、一回にどれだけ入れたらよいか、を炉に依って決めなければならない。日本強靭鋳鉄協会並びに日本鋳物協会では、コークス層の厚さを１６０m/m～１８０m/mと決め、コークス比に依って、地金一山の重量を決めるようにしている。
    条件としては

    1. キュポラの内径ａmm

    2. コークス層の厚さｂmm

    3. 追込みコークス比ｃ％

    4. コークスのカサ比重０.５５とすると
      （ａ／２）2×π×ｂ×0.55
      これは、コークス層一層の重量である。このコークス量に対する地金の重量はコークス比Ｃ％であるから

      （ａ／２）2×π×ｂ×0.55
      ―――――――――――――
      Ｃ／１００


      となる。今、内径９００m/m（＝ａ）１８０m/m＝ｂとすると、コークス比１６％として、一山の重量は、４３７kg（地金）７０kg（コークス）となる。実際には、この数字の前後を採用して、現場的にやり易い数字を選んで行けばよい。




    • 第６節　鋳鉄の原料の配合について知っていること

    鋳
    物の性質の基本は、その成分組成に依って決るものですから、その目標成分を決めることが、まず大切で、次に誤った溶解をやらないように注意しなければなら
    ない。鋳鉄の性質を変える最も大切な元素は、ＣとＳiであって、肉薄のものは、Ｓｃを高めにとり、肉厚のものは、低めにとるようにして、Ｃ及Ｓｉの適用範
    囲内で決めるようにする。又目標成分に合わせて地金を選ぶわけですが、溶解中に減ったり増えたりするので、これも計算に見込んで決めねばなりません。Ｃの
    高い配合のときは減少し、低い配合の場合は、コークスからＣが供給されて増加します。又ＳｉとＭｎは、同じように減少しますが、Ｓｉは溶解温度が高くなる
    につれて、減少率は少なくなり、Ｍｎは、０.６％以上になるように考えるべきでしょう。但しダクタイル鋳鉄の場合、特に０.２～０.４％程度に挿える場合
    もあります。Ｐは、大体原材料のままとし、延びを必要とする場合には０.５％以下とすべきでしょう。Ｓは出来るだけ少ない方がよいが一般には
    ０.７～１２％程度でダクタイル鋳鉄の場合は０.０３％以下に脱硫しなければならない。しかしコークス比を増すと、コークス中の硫黄が吸収され勝ちになり
    Ｓは増加して来ます。


  • 材質を左右する炭素、珪素量 第１１表にその標準値を揚げます

    第１１表炭素、珪素量及びＳｃ値


    成分
    FC10
    FC15
    FC20
    FC25
    FC30
    FC35


    C%
    3.6～3.9
    3.5～3.8
    3.3～3.6
    3.2～3.4
    3.1～3.3
    3.0～3.2


    Si%
    1.8～2.5
    1.7～2.4
    1.7～2.3
    1.6～2.2
    1.5～2.0
    1.4～1.8


    Sc
    1.00～1.10
    0.97～1.05
    0.92～1.00
    0.87～0.90
    0.82～0.90
    0.77～0.85


    (註)
    ＳＣ＝
    Ｔ・Ｃ％
    ――――――――――――
    ４.２３－Ｓｉ％／３.２



  • 配合列
    ＦＣ２５の材質がよく使用されているので、これを例にとりますと、まずこの目標の成分はどう決めるか、これは標準によって大体きめます。
    Ｃ３.３％
    Ｓｉ２.０％
    Ｍｎ０.７％
    こ
    の成分を得るために、銑鉄、返り材、鋼屑等の比率をきめようというわけです、さて、ＳｉやＭｎはこれ等の地金では、不足ですので（－）また、ダクタイル鋳
    鉄溶解には、低Ｓｉの溶湯になるよう始めに配合し、後になってＦＳｉで、Ｓｉを添加する場合もありますが（－）ＦＳｉ、ＦＭｎなどの合金鉄を添加して目標
    成分にさせるので、まず炭素Ｃを決めることです。そこで鋼屑はＣが０.１～０.３％ということなので、まずＦＣ２５なら第１２表から、鉄屑はいくらがよろ
    しいかというと、４０％の平均配合率になっていますから今、

    Ｃ
    Ｓｉ
    Ｍｎ


    銑鉄
    4%
    1.6%
    0.5%


    返り材
    3.4%
    1.8%
    0.6%


    鋼屑
    0.2
    0.2
    0.6


    という分析値であった場合、銑鉄をＸ％返り材をＹ％量配合すると
    ４Ｘ＋３.４Ｙ＋０.２×０.４＝２.３５
    Ｘ＋Ｙ＋０.４＝１
    これを解くと、Ｘ＝０.３８、Ｙ＝０.２２これで、銑鉄と返り材の割合が決まったわけで、実際作業では、端数の秤量看貫は大変ですから、４０：２０の如くに決めて行ないます。


    第12表鋼材配合率


    鋳鉄の種類
    FC15
    FC20
    FC25
    FC30
    FC35


    配合率%
    0
    15～30
    30～50
    56～60
    60～80



  • 合金鉄
    の
    添加
    地金に含まれるＳｉやＭｎでは、目標の成分にならない上に、Ｍｎは、ＭｎＳとして、ＭｎＯとして、減耗しますから、これをたしてやらねばならず、このため
    に合金鉄として、ＦＭｎ、ＦＳｉを添加してやるわけです。これ等合金鉄中に含まれるＭｎ、Ｓｉの量は、色々メーカーに依って違いがありますが、７５％程度
    のものが多く市販されています。
    先に地金のＳｉ％は、銑鉄、返り材、鉄屑で各々１.６％、１.８％、０.２％ですから
    １.６×０.４＋１.８×０.２＋０.２×０.４＝１.０８％
    となり、ＦＣ２５の場合､Ｓｉ％は２％目標に対してＳｉの減耗率を１０％と見做すと
    ２／１－０．１＝２.２３％
    となるから、２.２２－１．０８＝１.１４％だけＦＳｉで、補う必要がある｡そこで

    １.１４
    ―――――――
    ０.７５×０.９
    ≒１.７％


    となり、７５％不留まりのＦＳｉを１.７％装入しなければならない。Ｍｎについても同様である｡



  • 成分変化量の標準 鋳鉄の成分は､
    イ、炉内の雰囲気
    ロ、装入地金の性状
    ハ、キュポラ操業条件
    などに依って、一定ではないことを既に申述べているが、その標準というものがあるので、これを第１３表及び第１４表に示す。

    第１３表炭素量の変化


    鋼材配
    合率％
    配合地金の
    炭素量％
    熔湯の炭素量％


    1430ﾟC
    1480ﾟC
    1530ﾟC


    20
    3.0
    3.1
    3.3
    3.5


    40
    2.3
    -
    3.1
    3.3


    60
    1.6
    -
    2.9
    3.1


    80
    0.9
    -
    2.7
    3.0


    第１４表成分変化


    普通鋳鉄
    強靭鋳鉄


    Si減耗率
    -15～25
    -5～15


    Mn〃
    -20～30
    -15～25


    P
    殆ど増減なし
    殆ど増減なし


    S
    +0.01～0.03
    +0.03～0.06


    出湯温度
    1440～1490ﾟC
    1520～1550ﾟC


    ｺｰｸｽ比
    9～15
    16～20


    先に高炭素配合の場合は減少し低炭素配合の場合は､コークスから炭素が供給されて増加すると述べましたが､その割合は第１５表の如くで､目安として知っててください。


    第１５表材質による加炭率


    材質
    ＦＣ２０
    ＦＣ２５
    ＦＣ３０
    ＦＣ３５


    Ｃの増加率％
    0.3～0.6
    0.7～1.2
    1.3～1.7
    1.8～2.1



    • 第７節　溶湯の温度測定の主なる方法について知っていること

    普
    通溶湯は､光高温計、輻射高温計、熱電高温計などに依って測定される｡光高温計、輻射高温計などに依る輻射を利用する高温計と熱電高温計のように熱起電力
    を利用する高温度とがある訳ですが､この優劣はつけ難い。測定に当たって特に注意しなければならないことは、正確な補正値をあらかじめ出して置くことで、
    光高温計の読みで１３６０ﾟＣであったとした場合、その測定される溶湯が１３７５ﾟＣ以下の場合､真の温度は１４０４ﾟＣ以上の溶湯の場合は､同じ読みで
    １４７８ﾟＣであったとした場合､その測定される溶湯が１３７５ﾟＣ以下の場合､真の温度は１４０４ﾟＣとなり、１３７５ﾟＣ以上の溶湯の場合は､同じ読
    みで１４７８ﾟＣが真の温度となる｡それではおのおのの高温計の利害点について述べて見よう。


  • 光高温計の場合

    1. 利点
      イ、消耗品が、少ないので、測定が経済的である。
      ロ、手動で、持運びが、便利なので温度測定がし易い。
      ハ、高温度の測定に便利である

    2. 欠点
      イ、一般に溶湯の表面温度しか測れない。
      ロ、溶湯が酸化していると、表面温度の誤差が大き過ぎる。
      ハ、補正値が正確に出難い、従って、真の温度を求め難い。
      ニ、測定者と溶湯の距離間に於て煙、蒸気などがあると輻射が、減ぜられる。これ等は、光を吸収するからである。


  • 熱電高温計
    熱電対を溶湯中に突込んで、溶湯の温度を測定するこれは二つの異なった金属線を接ぎ、その両端に温度差を与えると、起電力を発生する。この性質を利用した
    ものである。普通キュポラ用温度測定には、白金―白金ロジウム熱電対が最も多く使用されている。この他には、炭素－黒鉛、Ｗ－Ｍｏ、Ｗ－Ｆｅ、炭化珪素
    （シリコンカーバイト）－黒鉛などがあるが

    1. 利点
      イ、特別に電源を必要としない。
      ロ、測定に個人差がない。
      ハ、遠くからの測定が出来自動記録が用意である。
      ニ、煙や蒸気、スラッグなどに影響されない。

    2. 欠点
      イ、熱電対か直接高温に触れるため破損し易い、消耗が大きい。
      ロ、測定指度の時間的な遅れが大きい。
      ハ、冷接点温度の補償が必要。


    • 第８節　チル試験、湯面模様判定等炉前試験法について知っていること

    鋳
    鉄の溶解作業はよい材質のものを安定した状態にて、出湯、鋳湯しなければならない。尚、キュポラの場合には、溶湯が連続的に流れ出て来るので、その操業状
    況をチェックする意味に於いても極めて重要な事柄である。しかも、時間的に短時間で判定しなければならない。炉前検査の主なものとしては



    1. 湯面模様検査

    2. チル試験法

    3. 湯流れ試験法

    4. 湯もち試験法


    などであって、普通は、湯面模様とクサビ型チルテストが行われている。以下、これについて述べよう。


  • 湯面模様検査
    第１０図湯面模様の種類

    溶湯が、冷却して約１４００ﾟＣ以下になって来ると、溶湯の表面に色々な模様が出来るようになる。そして、１２００ﾟＣ以下になると、酸化皮膜が厚くなっ
    て来るために見られなくなる。したがって現場的には、取鍋にとった湯を更に湯汲みにとり、５０φ×５０ｌの鋳型に流し込んで､その表面を見るとよく解る。
    大体、１３６０ﾟＣ～１３００ﾟＣの間で判定するのがよい｡模様は第１０図に示したものが代表的なものであり、その模様に依って溶湯の性状を判断しようと
    いうわけです。実際には､溶湯の温度、地金の組成溶解条件に依って可成り違うので､経験を必要とします｡したがってその成分範囲もまちまちでありますが、
    目安となる二三の事例をかがげます。

    第１６表湯面模様の出易い成分（例）


    成分＼種類
    亀甲型
    麻の葉形
    笹の葉型


    Ｃ％
    3.38
    3.24
    3.22


    Ｓｉ％
    1.5～1.7
    1.2～1.4
    1.0～1.2


    (参考)温度ﾟＣ
    1,350
    1,350
    1,350



    1. 亀甲型は
      Ｃ及び、Ｓｉが高めの場合でＣ3.2～3.5％の範囲､模様の小さく数が多い場合は､Ｓｉが高めで1.5～2.0％位である。強靭鋳鉄では､亀甲の出易い範囲は1.6～2.4％であるといわれている｡

    2. 麻の葉型
      Ｃ及びＳｉが亀甲型より％が低くなると現われ易い。一般にはＭｎが高めの場合（0.7～0.55％）に出易い。

    3. 笹の葉型
      第１６表でも解るようにＳｉが更に低くなると出易い。比較的溶湯が酸化気味のとき現われる。小さく数の多い場合は、Ｍｎが高めのとき現われる。
      しかしながらこれ等湯面模様の型や大きさは温度に依っても異なり、又冷却途中で亀甲型から笹の葉型に変わる場合もある
      現場に於いて大切なことは、始めの目標成分に対して、配合成分が決められ、これに依り予想され湯面模様を頭の中に予想して居って、これと違った場合には、直ちにチルテストや分析値とチェックして見ることである。
      これを怠っては何もならない。
      （註）Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｇが入った溶湯は、このテストは難しい。したがってＭｇ、Ａｌなどで、脱酸処理をした溶湯や酸化溶湯は、湯面模様は、現われないのが通例である。


  • チル試験法
    普通鋳鉄の溶解で、チルテストと言うと、クサビ試験のように言われるが、最近では、強靭鋳鉄やダクタイル鋳鉄の溶解が普遍化されて、どこの工場でも好むと好まざるに拘らず、強制チルテストが行われている。

    1. クサビ型チルテスト
      日本学振法、ミーハナイト法、ＡＳＴＭ法などがあるが現在ではＡＳＴＭ法に統一されているようである。第１１図はそのクサビ型チル試片の模型

      第１１図クサビ型模様型


      クサビ番号
      Bmm
      Hmm
      長さmm


      Ｗ１
      ６
      ２５
      １００


      Ｗ２
      １２
      ３２
      〃


      Ｗ３
      ２０
      ３８
      〃


      Ｗ４
      ３２
      ５０
      １５０


      許容誤差
      ０.８
      ０.８
      ３.２


      こ
      のクサビ型チルテストは、炭素及珪素が中乃至低元素の鋳鉄に適している。試験片の冷却は、鋳型内で冷却する方がよいが、先端にキレツを生じない程度に冷冷
      しても差支えない。冷却後、試験の中央部を破断して、Ｗを測って、チルの大小を調べると同時に、その破面の粗さや均一性はどを観察し、溶湯の性状を察知す
      る。



    2. 強制チルテスト
      これは、Ａ，Ｓ，Ｔ，Ｍ，－Ｂ法に依るものであって第１２図に試験片の形状を示す。

      第１２図強制チル試片寸法


      ＮＯ
      Ｔ
      Ａ
      Ｂ
      Ｈ
      Ｌ
      Ｄ
      ｄ
      Ｇ
      チル深さの
      適用範囲


      １Ｃ
      4.8
      6.4
      3.2
      31.8
      63.5
      19.1
      12.7
      0.8
      2.4～9.5


      ２Ｃ
      6.4
      7.9
      4.8
      38.1
      76.2
      22.2
      12.7
      0.8
      3.2～12.7


      ３Ｃ
      9.5
      11.1
      7.9
      44.5
      88.9
      22.2
      12.7
      1.6
      4.8～19.1


      ４Ｃ
      12.7
      12.7
      11.1
      50.8
      114.3
      25.4
      15.9
      1.6
      6.4～25.4


      ５Ｃ
      19.1
      20.6
      17.5
      63.5
      139.7
      25.4
      15.9
      2.4
      9.1～50.8


      この冷却方法は、試片の先端Ｂ部にチルプレートを当て強制チルさせ、その断面のチル部を削る。
      その方法は、



      1. チルプレートは、酸化したり汚れたりしてはいけない。

      2. チルプレートは、３１０ﾟＣ以下に保つように水冷する。

      3. 破面に表はわたチルは、化学成分溶解状態、効種効果、合金元素の存在などが、全般的に表われるものであるから充分に観察すべきである。
        又、１Ｃや２Ｃなどは、極く軟らかい湯によくＦＣ２５やＦＣ３０の溶湯には、３Ｃや４Ｃの法がよい。この場合、水冷式冷まし金を用いる方がよい。


      第１３図は、チルの深さとＳｉ％を示したものである。この試片は、４Ｃに依るものでこの際Ｃ％については余り変わりがない。
      円筒金型試片を第14図に示すが、この円筒金型テストは、溶銑湧出度１～７に分類されて、その上部表面の湯の湧き出し具合に依ってテストするものである。
      （チル深さ）＝１.５１Ｘ＋３.０４６
      Ｘは、湧出度のチル番号で、この判定に依って、チルの深さを算出する。
      第１５図は湧出度を示す。
      第１６図には、内筒試験法に依って、調べた涌出状況に対するチルの深さ及成分を示す一例である。


      第１３図チルの深さとＳｉ％

      Ａは、Ｃ％3.25～3.3％Ｂは、Ｃ％3.05～3.1％
      第１５図チル番号の分類

      第１６図涌出状況（例）


      ﾁﾙの
      深さ４

      ６

      １２


      C=3.3
      C=3.2
      C=3.0


      Si=2.2
      Si=1.8
      Si=1.2




  • 湯流れ試験法
    湯流れが悪いために、湯廻り不良を起すようなことがあるが、現場で溶湯の湯回りの良否を判定する方法として湯流れテストを行なう。渦巻型テストがあるが、前者は、鋳型の製作に手間がかかるので最近は後者が多く使われている。
    第１７図はその模型で、第１８図は鋳込温度に依る湯流れの変化を示している。又その際の溶湯の化学成分は、第１７表に示す。（第１７図、１８図、第１７表差込み）

  • 湯持ち試験法及迅速測定法
    一
    定の鋳型に溶湯を鋳込んで、その凝固までの時間を測定し。溶湯の性質を知るために、溶湯の性質を知るために、炉前で行う。更に、白金－白金ロジウム熱電対
    に依り、溶湯温度を測定し、冷却曲線をとって、共晶点（Ｃ：4.3％）よりの距離に依って、Ｃ％を算出することが出来る。

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    BW正面-960119-2

    第１節　意味
    一般に水分を除去することを乾燥というが、粘結剤の種類によっては、油、セメントの固化、樹脂、プロセスなどの硬化処理も鋳型乾燥と考えられる。
    (繼續閱讀...)

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    BW正面-960119
    製品を鋳型から取り出し、砂ばらし機によってだいたいの砂を落としたものをさらに鋳肌を清掃し、製品を仕上げる機械で、清掃の方式によって分類すれば下記のようになる。

    遠心方式
    ショットブラスト


    圧縮空気式
    エアブラスト
    ｻﾝﾄﾞブラスト


    水圧式
    ハイドロブラスト
    ウェットブラスト


    タンブラ式
    タンブラ


    その他
    研磨機・チッピングハンマ


    第１節　ショットグラスト

    1. イ
      ンペラー
      スチールショットをインペラー内への導入管に、ショットを導入し遠心力によりさらにブレードにより加速されて、製品に向かって投射される。ショットの投射
      の方向はコントロールゲージの取付けボルトをゆるめて窓の位置を廻せば任意に変えることができ、また散布角は窓の大きさを変化させることにより変えること
      が出来る。（固定式で変えることのできないものもある。）
      ショットの投射が高速度、高密度であり、さらにその反射効果も利用できるため、スケー
      ル、砂などは中子部分にいたるまで除去され、製品は一様に金属特有の光沢をていする。したがって機械加工において切削工具を損傷するおそれも少なく、塗装
      工程も容易にできる。設備費が少なく、作業人員の篩減もでき、動力費では圧縮空気を使用する場合と比較すると１／１０以下となる。

    2. タ
      ンブラ式
      製品は低速回転するエプロンコンベヤの中でゆっくりと攪拌されながらショットの投射を受けるようになっており、投射されたショットは回収され、鋳ばり、芯
      金などはふるいによって除去され、くだけたショットや塵は集塵装置により取除かれる。胴はきわめて低速であるから、製品が破損したり隅角部の摩擦などの心
      配はない。１回の処理量が約８０～３００kgで広く使用されている。

    3. エプロンコンベヤ式 製品は低速回転するエプロンコンベヤの中で、ゆっくりと攪拌されながらショットの投射を受ける様になっており、製品の取り出しはエプロンコンベヤを逆転させることによって容易にできる。

    4. テーブル式 テーブル式には、フレインテーブル式、スイングテーブル式、マンチテーブル式などがある。

      1. プレインテーブル式、小物、中物でタンブラ式、またはエプロンコンベア式のショットブラストでは不向な、偏平のもの、折れやすいものなどの清掃に適する。低速回転するテーブルの上に製品を載せてショットを投射する。

      2. スイングテーブル式、製品の出し入れを容易にするため、テーブルは投射室のドアーに取付けられており、ドアーをあけて品物の出し入れを行ない、ドアーを閉めればテーブルはインペラーの真下にくるようになっている。

      3. マルチテーブル式、清掃される製品は、中心軸により回転するターンテーブル上に設けられた作業テーブルの上にのせる。ターンテーブルはゆっくり回転し、作業テーブルがインペラーの投射範囲にくると自動的に作業テーブルが回転するようになっている。


    5. 台
      車テーブル式
      他のテーブル形式のショットでは処理困難な大きな製品を清掃するもので、大型および重量のある製品の清掃作業に使用される。大形のものは数十トンの製品を
      処理するものもある。テーブルは台車の上に載っており、台車は投射室からレールによって出し入れできるようになっている。複雑な形状の製品を清掃するため
      に投射装置を数基取り付けたものもある。

    6. コンベヤ式 製品をチェーンコンベヤーによって運搬し投射室を通過するうちに清掃されるようになっている。コンベヤーを２連にして互いに逆方向に動かし、１往復する間に両面を清掃する様になっているものもある

    7. ハ
      ンガー式
      製品を吊り下げて回転させ清掃するもので、大量の製品を連続的に清掃するには、トロリーコンベヤーにハンガーを取り付け、製品を吊り下げ、製品は回転しな
      がらゆっくり移動し、清掃室には数台のインペラーにより次々とショットの投射を受け、室を出たときは完全に清掃される。この形式のものは鋳物置場からハン
      ガーに吊り、清掃装置を通って仕上場に運搬するようにすることができる。


    第２節　エアブラスト

    砂またはショットを圧縮空気によってノズルから噴射させ製品の清掃をするもので、中・小物用は噴射室に覗き窓、ハンドボールがあり、これから両手を入れその内部で清掃を行なうようになっている。大物の処理には鋼板、ゴム張りの噴射室を用い、作業は噴射室内で行なう。


    第３節　ハンドロブラスト

    高圧水、（８０～１３０kg/cm2）または砂を高圧水に混合したものを鋳物表面にあて、砂落としならびに清掃作業を行なうものである。
    これは高圧の場合、鋳肌や砂な中子砂が大きく切断されて飛ぶからで、清掃室の壁にブラストパイプが配置され、覗窓を通して作業者が自由にその方向を調節しながら清掃を行なえるようになっている。
    製品は大物が主体で、吹き飛ばさせないようなものであること。


    第４節　タンブラー

    鉄
    製の容器に処理すべき鋳物をほぼ一杯にし、多角形の鉄片（スター･つやを出すものには皮屑）を入れて、毎分４０～６０回転させ、鋳物の表面の清掃を行なう
    ものである。1回の処理に対し０.５～２時間要す。タンブルは完全に除塵することが肝要で、軸が中空になってそこから吸塵するようになっているこの装置は
    騒音が激しく、また製品の角が摺り減ったり、こわれたりするためあまりよいものではない。


    第５節　研磨機

    清
    掃装置によって除去できない鋳ばり、湯口後の除去、および鋳肌の研磨にもちいるもので懸垂式、固定式、手持式のグラインダーなどがある。動力は電気と圧縮
    空気とが多く使用されている。また圧縮空気によりニューマチッピングハンマーを利用して鋳ばり、あるいは肉ばりをハツルために多く使用されている。


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    Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao
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    （１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ
    （２）Carbide Cutting tools設計
    （３）鎢鋼エンド・ミル設計
    （４）航空エンド・ミル設計
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    （８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計
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    （１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
    （２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給
    （３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給
    （４）オートメーション整備調達
    （５）スポット対応～流れ生産対応
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    Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik
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    Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
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    в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
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    include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card
    cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread
    reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and
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    BW正面-960119
    注
    湯の際鋳型の表面が溶湯の熱にさらされ、破壊されやすい状態になる。この状態を防ぐため、鋳型の表面に種々の塗装を行なう。この塗装することを塗型とい
    う。又この材料を塗型剤という。塗型剤は、耐熱性、附着性、被覆性、通気性、反応性、粘性、さらに鋳肌を美しくするものでなければならない。塗型剤には黒
    鉛、木炭粉、雲母粉、コークス粉、シリコーン、ジルコンフラワー等あるが鋳鉄鋳物用としては黒鉛、シリコーン、ジルコンフラワーである。
    第１節　黒鉛

    黒鉛には大別して土壌黒鉛と鱗状黒鉛の２種があり、いづれも実用されている。塗型には黒鉛それ自体単独で用いる場合と、粘土水や糖蜜などと混合して用いる場合とがある。
    しかしいかなる場合でも含有成分が大切で固定炭素が多く灰分の少ないもの程よく表８.1.1に黒鉛の規格を示す。粒度は粘土水その他補助材を添加するときは１５０～２００メッシュ程度がよい。黒鉛を単独で使用するときは２００～２７０メッシュ程度がよい。
    黒鉛を単独で用いるときはほとんど生型に限られ、生型にスプレーガンにて少量の水をスプレーしてから刷毛にて表面に塗り付ける。
    他方粘土水や糖密を混合して用いられるのは乾燥型の場合が多い。一般に肉厚、鋳込温度により塗型剤の配合を変える。一般には刷毛塗りをするが、スプレーガンを用いる工場も多くなった。


    表8.1.1黒鉛の規格


    種類
    固定炭素
    灰分
    揮発分
    減耗量


    鱗状1種
    ７０％以上
    ２５％以下
    ４.０％以下
    ３０％以下


    〃２種
    ６５％〃
    ２５％〃
    ４.５％〃
    ３５％〃


    鱗状1種
    ６０％〃
    ６０％〃
    ５.０％〃
    ４０％〃


    鱗状1種
    ７５％〃
    ２０％〃
    ５.０％〃
    ４０％〃


    鱗状1種
    ７０％〃
    ２５％〃
    ５.０％〃
    ４０％〃


    第２節　木炭粉

    塗
    型剤に使用する木炭粉は、木炭を水中で砕いたものを用い、これを黒味と称する。木炭の種類では種々の木でつくった木炭があるが、その内でも松炭が最もよ
    く、こわれ易い炭が適する。木炭粉の規格を表８.２.２に示す。粒度は水中で１００メッシュ篩を全量通過しなければならない。
    木岩も灰分が少なく固定炭素や揮発分の多いものがよい。塗型剤は黒鉛と同様に単独かあるいは粘土水などと混合して刷毛塗りが多く行われる。又木炭塗型は最近鋳鉄にはあまり使用されなくなりほとんど銅合金に使用されている。


    表8．2．2


    固定炭素
    灰分
    揮発分
    水分


    木炭粉
    ６０％以上
    ２０％以下
    ２０％以下
    ３０％以下


    第３節　雲母粉（キラ粉）

    俗にキラと呼ばれるもので滑石（３Ｍｇ０，４ＳｉＯ２，Ｈ２Ｏ）を粉末にしたものが多く用いられる。他に蛇紋石（３Ｍｇ０，２ＳｉＯ２，Ｈ２Ｏ）の粉末がある。使用するときは粗めの袋に適当量を入れ、軽くたたいて布目から出る微粉を鋳型の表面に振りかける。また主型、中子いずれも刷毛塗りを行なうこともある。最近では比較的吹かれが多いため使用する工場が少なくなった。


    第４節　コークス粉

    コークス粉はパンミルで黒鉛、木炭粉、粘土水等と共に混練し黒鉛塗型剤として使用する。しかし塗型よりも崩壊剤として多く使用されている。


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    1 (2)
    第１節　鋳物砂の一般的概念

    砂、粘土は岩石の物理的および科学的な風化によってその粗成が構成される。しばしば砂は粘土と密接に接触して発見される。この場合には砂や粗土の混合物は採掘されたままで鋳物砂として使用される。
    つまり水とこの混合物を混合しさえすれば粘土は鋳型に必要に強度および塑性を発揮する。このような砂を山砂と称して珪砂と区別する。
    砂
    は自然に洗われて粘土分を含んでいないことが多い。また鋳物工場で珪砂を型砂とするには粘土や他の希望する物質を添加し、混練して調整してやらねばならな
    い。これらの型砂は、合成砂とよばれている。この場合、合成という言葉はいささか正確さを欠いている。なぜならそれは、合成された砂ではなくて、砂および
    粘土の混合物にすぎないからである。しかしこの言葉は今日まで工場の通用語として一般化している。
    天然および合成砂には特異な差がある。天然砂は
    採掘されたままで使用され、相当量の有機物と７～２０％の粘土を含有しており、十分な強度を発揮するためには６～８％の水分が必要である。天然砂は合成砂
    より耐火性が低いとされている。その理由は不純物の存在によるものであるとされている。それゆえ天然砂は、主要用途として非鉄金属および鋳鉄の鋳造に使用
    されている。
    合成砂は洗われ、篩われて等級別にされ、有機物あるいは粘土は含まれない。合成砂が３～５％のベントナイト粘土によって混合される場
    合には、水分は３～４％以上を必要とせずに良好な鋳型性質を発揮するので、通気度は比較的高く、かつ成分の制御は簡単である。合成砂は天然砂に比較して通
    気度が大きく、かつ水分含有量が少量でよいために、がんらい鋳鋼工場に多く使用されてきた。ごく最近では合成砂は砂の性質を精密に制御できるために他の金
    属の鋳造に広く使用されるようになった。
    砂、粘土の混合物は、生あるいは乾燥の状態で使用される。生型はその中で鋳鉄が閉じ込められ､いくぶんか
    乾燥がおこる以前に､鋳型方を作った後､ただちに鋳込まれるものである｡こま状態において砂の中には粘土の型によって４～８％の湿分を有する｡生型はいか
    なる他の型よりも多く使用されている。その理由は経済的であるからである。すなわちそのままで使用されるから、水分を追い出すのに時間の損失がなく、費用
    も要らない。たいていの仕事に対してこの方法で間に合う。水分は精密に制御される事ができるので鋳型、金属間の表面における過剰な蒸気を防止するに十分で
    ある。通気度は、十分に高く保てるために蒸気および他のガスの追い出しによっておこる吹かれが防止できる。
    乾燥型においては、自由水分は炉中過熱
    によって完全に取りのぞかれる。一般乾燥によって固く、強い鋳型が得られ、鋳型中のガスはほとんど存在しない。それゆえに、乾燥型は生型に比較して、より
    寸法的に正確な鋳物を作ることができるし、生型より破壊、亀裂およびガスの吹かれについての懸念が少ない。乾燥型の特長のうちに表面乾燥および自然乾燥が
    ある。表面乾燥型ではただ単に表面水分に鋳型空間へ簡単に送られる温かい空気あるいはトーチによって蒸発させられる。自然乾燥型は鋳込前に長時間空気中に
    放置される型である。よってかかる状態を満足するために項目別に順をおって鋳型砂としての一般的条件を説明する。


  • 造型性
    鋳
    物砂は、これに手動および機械的エネルギーを与えて模型の周囲に流動せしめる時、模型を取りはずしたのちこれと殆んど同一形状の空所を造り得る能力を持
    つ。この性質を造型性という。鋳物砂が優れた造型性を持つならば、特別の配分物を入れずに、造型はある程度行い得る。造型性を改良するために配合物を混用
    する。この造型性は鋳物砂の粘結性、抗力性、流動性、水分等によって非常に影響を受ける。

  • 通気性
    鋳型内の水
    分、その他ガス発生物質は、注湯と同時に多量のガス体を発生し、鋳物の巣、ガス吹かれなどの不良の原因となる。このガス体を除去し得る能力を鋳物砂の通気
    性という。この鋳物砂の粒度、粒形、粘結剤、水分量、その他搗固め状態などによることはいうまでもない。造型上は粘結剤をなるべく少なくし、水分量を適当
    にする必要がある。

  • 効力性（強度）
    鋳型が変形、破損、洗われなどに抵抗するためには抗力性が必要である。一般に抗力性を大にすると通気性が悪くなり、また、歪み、亀裂の原因となる。したがって鋳物砂の可縮性も当然必要となる。

  • 耐熱性
    耐
    熱性の大きな砂は焼着を起し難い。もちろん焼着は、さされにより促進されるが普通の状態では、耐熱性は主として砂の珪酸分の大なるもの程、大である。ま
    た、砂粒は丸みを帯びたもの程よい。手込の場合はやや結合剤を多くし、機械込の場合はなるべく結合剤を減じ、黒鉛、石炭粉などを配合している。鋳鉄、鋳鋼
    の場合には適当の水分量は耐熱性に好影響を与える。

  • 復用性
    鋳物砂は反復使用しても、その粒度構成、粒型、粘土分、科学成分など一定で変化しない方が望ましい。特に造型機による量産の場合には大切となるため結合剤はなるべく良質のものを少量使用することがよい。

  • 流動性
    鋳
    物砂に手動或は機械的エネルギーを与え造型する場合、鋳物砂は最少のエネルギーで模型周囲に充填される必要がある。このためには鋳物砂の粒度構成、粒形が
    適当であり、水分、粘結剤はなるべく少ない方が良く、流動性が良い程、鋳型硬度はたかくかつ均一なものが得られる。したがって流動性はある意味における造
    型性を表わすものと考えてよい。

  • 均一性
    鋳物砂は、基本的には砂粒表面にゲル状の粒土微粒子を被覆したものであるが、ものその組織が不均一であるならば、前途の諸性質は当然局部的に変動し、欠陥の原因を起し易い。この性質は鋳物工場において最も軽視され易い問題であるが重要なことである。

  • ガス発生
    注湯時鋳型より発生するガスの量および発生速度はかなり問題である。特に有機系粘結剤の配合には重要な因子がある。

  • 高温強度
    鋳
    物砂における高温強度の管理は、近時その重要性が認識された。研究結果によれば、必要な強度、鋳込後数秒後におけるそれであって、溶湯の凝固後のそれはむ
    しろ少ない方が良い。そして木粉、石粉、石炭粉などは高温強度の不足に基づく欠陥に対して良い効果をもたらすことが確かめられている。

    • 第２節　鋳物砂の醜類

    鋳
    型に使用される。いわゆる砂型用鋳物砂は、石英粒の集合である珪砂を主成分とする山砂および珪砂が主体となっているが、ごくわずかジルコンサンド
    （ＺｒＳｉＯ4の示成式）やヅンカンラン岩を破砕して作ったオリビン・サンド、あるいは炭素粒のカーボン・サンドなどがそれぞれ目的をもって、各種砂型鋳
    物に型砂として使用されている。
    珪砂を主成分とするわが国産出の鋳物砂を、一般的（鋳物業界）に用いられる用語に従って分類すると表７.２.１のようになる。
    鋳
    物砂を山砂と珪砂に大別してあるが、これは鋳物砂の品位で分類した鋳型用砂の日本工業規格、鋳型珪砂ＪＩＳ・Ｇ5901、および鋳型用山砂ＪＩＳ・
    Ｇ5902によったもので、これはＪＩＳで規定された粘土分を測定して、その含有率２％を超すものを山砂とし、それ以下のものを珪砂と定められている。
    また天然珪砂と人工珪砂の別が規定されているが、これは人工的に粉砕加工が加えられたものは、全て人造珪砂と定められている。


    表７.２.１鋳物砂の分類


    鋳物砂
    山砂･･･野間砂、森本砂、河内砂、河口砂など（粘土含有率２％以上）


    珪砂(粘土分２％以下）
    天然珪砂
    (粉砕加工をしない）
    川砂･･･荒川砂､木曽川砂､遠賀川砂など
    浜砂･･･知多砂､小名浜砂､寒川砂、豊浦砂など
    蛙目珪砂･･･瀬戸､土岐津､小高､淡路､筑豊(水洗いのみ）
    風化珪砂･･･瀬戸､土岐津､(篠岡珪砂)など(ほぐして水洗い)


    人工珪砂
    コニカル珪砂･･･瀬戸､土岐津など(コニカルミルで加工)
    珪石珪砂･･･三河､筑摩､益田など(珪石を乾式加工)
    風化珪砂･･･筑摩､土岐津など(軟珪石を乾式で加工)


    したがって蛙目珪砂をコニカルミルで破砕して造られたコニカル珪砂は人造珪砂に属するが、単に水洗のみ行って粘土分を除去して破砕は行われず、篩分けて商品とした蛙目珪砂や、風化珪砂の一部は天然珪砂に分類される。
    主粒度の大きさから３つに大別されることがある。３５メッシュ程度のものを新粒、４８、６５、１００メッシュのものを中粒、それ以下を細粒砂と称することがある。
    また山砂で粘土分２０％以上含有するものを粘土分補給砂、一方粘土分が１０％以下で、通気性を与えるために使用するとが半合成しなければ使用できないものを処理砂などとよんでいる。


  • 山砂
    山砂は珪砂と粘土鉱物との混在したもので、一般にはそのまま、あるいはわずかに粘結剤を調節する程度で型砂として使用せられるものである。
    したがって、珪砂粒の粒土分布はもちろん重要な因子であるが、とくに含有粘土の量およびその生質が型砂としての耐火性、復用性などの点で注意すべき事項となる。
    産地には数種の砂層があって、それぞれ性状が異なっている
    わが国最大の野間砂は愛知県知多半島にあって、約１５の砂層が散在しているが商品名としては約20種類にも達する鋳物砂が発掘され出荷されている。
    各地の山砂の鉱物組織については、砂粒と粘土分とに分けて、粘土鉱物としてカオリナイト(Alx(Si2O5)(OH)4)モンモリロナイト(CAl1.67Mg0.33)SiO10(OH)10)を含み、微砂粒の長石類が比較的少なく、砂粒は石英を主体として、長石や雲母などの少ない山砂は良質の山砂として広く使用されている。
    良質の山砂は採掘され、そのままあるいはわずかの処理を加えるだけで使用する事ができ、安価であり、鋳型としての性質もすぐれたものをもっている。
    均質で多量ある山砂はその利用価値がきわめて大きいのである。

    表７.２.２主要山砂の性質


    種別
    粘土分
    (%)
    化学分析結果
    粒土分布(μ)(%)


    SiO2,
    Al2O3
    Fe2O3
    強熱減量
    590
    420
    297
    210
    149
    105
    74
    53
    バン


    野間奥田1号
    25.3
    77.02
    17.65
    2.35
    2.94
    0.2
    0.2
    1.5
    4.9
    17.9
    13.0
    26.4
    12.4
    23.2


    〃２号
    16.1
    78.50
    18.19
    1.41
    2.29
    0.2
    0.2
    1.5
    0.5
    28.4
    31.2
    19.3
    8.5
    10.2


    志摩１号
    11.0
    87.40
    10.86
    2.38
    2.35
    0.6
    0.6
    0.4
    1.4
    14.4
    66.0
    2.4
    0.6
    2.0


    〃2号
    15.6
    75.14
    15.53
    6.60
    2.93
    0.3
    0.8
    1.2
    3.0
    25.2
    33.0
    16.4
    2.5
    3.1


    津2号
    12.9
    87.10
    6.15
    4.4
    3.90
    －
    0.3
    0.3
    0.2
    8.5
    31.5
    10.5
    32.9
    15.8


    川口
    16.4
    78.38
    15.30
    4.52
    2.53
    0.2
    0.5
    1.3
    4.4
    28.3
    32.6
    4.7
    9.0
    12.5


    神奈川
    11.0
    64.16
    17.38
    6.32
    4.99
    0.1
    0.3
    0.9
    5.8
    26.3
    36.0
    22.9
    3.4
    4.3


    新潟
    4.5
    69.31
    10.43
    6.54
    8.97
    0.3
    0.5
    1.7
    7.2
    37.4
    38.2
    3.8
    2.0
    4.3


    八戸
    8.2
    62.30
    17.01
    11.16
    5.58
    0.2
    0.7
    2.2
    4.8
    22.8
    49.0
    4.2
    3.8
    3.8


    静岡
    6.0
    73.20
    18.58
    1.7
    3.40
    0.5
    0.5
    1.0
    0.5
    7.5
    61.5
    13.0
    4.5
    5.5


    河内
    20.4
    70.50
    18.56
    3.84
    6.34
    －
    0.2
    0.2
    0.2
    1.7
    0.2
    0.2
    5.8
    50.8


    〃
    10.4
    74.39
    16.63
    2.88
    5.90
    1.4
    4.9
    10.3
    12.5
    26.1
    1.6
    14.1
    15.7
    10.9


    松江黒田
    10.4
    79.78
    11.47
    2.59
    0.56
    －
    0.4
    1.2
    6.4
    54.6
    18.8
    2.8
    1.9
    3.6


    小豆島
    13.6
    74.60
    15.00
    0.50
    0.70
    1.2
    3.6
    7.4
    8.2
    23.7
    20.0
    7.1
    5.1
    9.8


    折尾
    10.2
    78.96
    13.00
    2.30
    4.61
    －
    0.2
    1.0
    3.3
    21.2
    37.6
    7.9
    9.1
    9.6


    〃
    7.8
    83.88
    11.06
    1.28
    2.25
    0.8
    2.5
    12.9
    22.8
    28.0
    13.3
    4.2
    3.0
    6.2



  • 珪砂
    ＪＩＳによれば、鋳物用珪砂は粘土分２％以下で、SiO2の含有量が９５％以上と決められている。しかし、現用の珪砂の中にはこれらの規格からはずれたものも使用され、その種類も多様である。珪砂はまた天然珪砂と人造珪砂に大別され、ＪＩＳでは、これをつぎのように定義している。
    すなわち、天然珪砂とは天然の珪砂粒およびこれを水洗いとか篩い分けなどの加工したものをいう。
    人工珪砂とは、大きい粒子の天然珪砂や珪岩などを破砕加工して製造したものをいう。
    この珪砂の定義にしたがって、現用珪砂を分類すると、天然珪砂には蛙目珪砂、浜砂、川砂などがあり、人造珪砂には花崗岩などの変成岩を破砕、選別したものがある。
    人工珪砂の産地では、愛知の三河珪砂と長野の筑摩珪砂が有名である。
    珪砂は愛知県、長野県山のものが概して純度、粒形ともに優秀であるが、他地区のものはSiO2純度は十分に高いが扁角型の粒形となり不十分な点が多い、主な珪砂の性質を表７.２.３に示す。

    表７.２.３主な珪砂の性質


    種類
    粘土分
    (%)
    化学分析結果
    粒土分布(μ)(%)


    SiO2
    Al2O3
    Fe2O3
    強熱減量
    10
    14
    20
    28
    35
    48
    65
    100
    150
    200
    270
    バン


    寒川２
    89.10
    7.81
    1.10
    0.84
    16
    40.6
    37
    5


    〃３
    90.14
    7.75
    0.50
    0.76
    13
    37
    37
    10


    知多１
    87.08
    7.19
    0.63
    0.52
    0.1
    0.3
    6.2
    56.4
    36.2
    0.2
    0.2
    0.4


    〃２
    90.66
    4.72
    0.48
    0.40
    10.7
    31.6
    48.7
    5.7
    1.7
    0.4
    0.2
    0.1


    内海
    1.1
    88.54
    88.54
    0.64
    0.90
    0.8
    3.4
    19.4
    54.4
    15.5
    5.0
    0.4


    小名浜
    0.1
    76.26
    15.59
    3.02
    1.28
    0.1
    0.1
    2.1
    54.0
    43.0
    0.4
    0.2
    0.1


    瀬戸４
    0.3
    99.35
    0.20
    0.30
    41.2
    45.5
    5.1
    1.6
    1.4
    0.5
    0.7
    0.4
    0.4


    〃５
    0.3
    97.86
    1.21
    0.30
    0.6
    29.0
    35.9
    17.2
    11.4
    3.3
    1.6
    0.7
    0.2


    〃６
    0.5
    97.77
    1.22
    0.45
    1.8
    11.5
    13.0
    36.6
    21.9
    20.0
    5.2
    3.0


    土岐津６
    0.4
    94.26
    2.24
    1.04
    4.8
    17.7
    28.6
    23.6
    20.0
    4.5
    2.0
    0.8
    0.8


    三河６
    1.3
    98.34
    0.13
    0.88
    0.24
    1.0
    33.4
    43.2
    19.2
    0.6
    0.4
    1.0



  • 粘土
    一般に粘土は地殻の最表部に産出し､(1)地層中に地層面とほぼ平行な層として存在する場合､(2)種々の岩石中に不規則に塊状となって存在する場合､(3)地表面を覆う土壌の成分として存在する場合とがある。
    (1)および(3)は母岩の風化作用によってできた粘土がこれに属し、(2)は火山性の熱水、熱気作用によって生じた粘土にみれられるものである。
    (1)
    は珪砂と同じように、母岩が風化作用をうけて、これが流水により運ばれ、珪砂と分類せられ、粘土だけが沈積したもっとも一般的な成因によるもので、いわゆ
    る二次粘土である。蛙目粘土や木節粘土がこれに属している｡
    (2)に属する粘土には､いわゆるベントナイトがある｡石英租面岩、凝灰岩の地域で熱気､熱水作用により､岩石が分解してモンモリロナイトを生じ、引続い
    て地下水、地表水の作用で粘土化が進行したものと考えられている。
    (3)に属するものには前項に述べた山砂がこれにあたる。すなわち、粘土の量より砂粒分のほうが多いことが特徴である。

    • 第３節　天然砂と合成砂
  • 天然砂の利点

    1. 砂処理設備が完備していなくてもよい

    2. 粘土分とか微粒分が多いので水分の広い範囲で使える

    3. 型の補修が容易である

    4. 粒度分布が広い（すなわれなどの欠陥を起しにくい）

    5. 型の膨張が少ない（SiO2の純度が低いから、合成砂の時のような特殊な添加物を必要としない

    6. 水分の蒸発がすくない

    7. 型の塗型が容易である

    8. 木型や砂型同志（肌砂と裏砂）のなじみがよい

    9. 安価である


  • 合成砂の利点

    1. 砂粒子と粘結剤、添加剤が自由に選べる

    2. 水分が少なくとも使用できる

    3. 天然砂と同一の通気度を得るには細かい砂でよい

    4. 管理がしやすい（人為的に配合できる）


    • 第４節　原料砂の選定
    天然砂または合成砂にせよ、これは型砂として目的に応ずる性質を具備するということが、もっとも重視されるが、型砂としての品質を確保するために、これらの性質は出来るだけ計数的に取扱われるようになっている。
  • 天然砂
    天
    然砂を選ぶ場合には、造ろうとする鋳物製品の大きさに応じて、粒の大小と、その分布状態および含有する粘土の量と性質が大きな基準となる。粘土分が
    １５～１８％あれば、そのまま使用することにより、型砂としての強度、通気度が一般と上昇するのが一般であるから、新砂として古砂に補給する場合はもちろ
    ん、単味で用いる場合、鋳鉄鋳物では、その大きさによってたいがい表７.４.１のような使用がなされている。
    天然砂には、１５～１８％の粘土が含んでいて、一般に混練せず、生型の圧縮強さ３００～４００gr/cm2程度のものが、これを混練すると水分７％で４５０～６００gr/cm2になるものが多く、これがそのまま使用されている。
    補給用に２０～３０％が新砂として用いられているが、古砂と混練して上記程度の性質を維持するのが常識とされている。

    表７.４.１天然砂の代表的な性質（鋳鉄鋳物の場合）


    鋳物の大きさ
    通気度
    粒度指数


    小物
    １５～４０
    １００～１８０


    中物
    ３０～８０
    ８０～１２０


    大物
    ７０～１２５
    ５０～８０



  • 珪砂
    合成砂の場合の原料珪砂の選定はいささき天然砂の場合と異なってくる。
    すなわち珪砂の場合、粒度分布の外に粒形と不純物の種類と量が大きな関心事となる。
    各
    号数の原料砂を配合計算によって求めることから合成砂の調節が始まる。合成砂の原料となる珪砂の性質は合成砂の強度、通気度など、鋳型の諸性質に大きな関
    係が現れてくるもので、ことに添加剤としての粘結剤の量を左右する粒型については注意が肝要である。使用度の多い人造珪砂は、その原鉱石の選択と製造法に
    科学的、工学的配慮が乏しいから、粒形が変わりやすく、特に留意せねばならない。
    Dietertの発表によると、平均粒度５０メッシュの珪砂で、丸形と角形とでは、その性質が表７.４.２に示すような差異のあることが示されている。

    表７.４.２粒形差による鋳型性質の差異


    粒形
    表面積
    (m2/m2)
    平均
    通気度
    粘土の％添加水分５％
    油:砂＝1:56


    生型
    通気度
    乾燥型
    通気度
    生型
    圧縮強さ
    乾燥型
    圧縮強さ
    生型
    引張強さ
    油砂型
    張り強さ


    丸形
    10.000
    200
    150
    170
    9.8
    29.9
    16.0
    268


    角形
    15.000
    160
    120
    140
    11.3
    39.0
    16.5
    185


    珪砂のSiO2分の高いことは、耐火性が増し、粘着などの点から鋳物としては本質的には望ましいことである。
    しかし一方型砂の高温性質の面から見ると好ましくない面もあって、その矛盾的対策を樹立しなければならない。図７.４.１は各種砂の熱膨張を示すもので、珪砂が他のいずれのものより多いことを示している。
    木粉とかピッチ粉あるいはでんぷん等が添加されこれに基づく鋳型の欠陥防止がなされているのであるが、その具体策は、珪砂のSiO2純度、粒度、粒形などによって適宜決定されねばならない。
    浜
    砂や河砂には磁鉄鉱が多いので、鋳型とし注湯すると加熱されて急激に膨張し鋳型からとび出してさしこみなど欠陥の原因となる。そのため塗型を厚くするよう
    な処置がとられているほどで、川砂の大きな欠点とされている。チャート質の珪砂や火山針は同じの成分であるが、耐火性に弱いのでその含有量に注意せねばな
    らない。
    内海珪砂（浜砂）には４８メッシュ程度の火山針が散見され、チャート質の砂粒は多くの地区の浜砂によく見かけられる。


    一般に鋳物砂の化学成分は珪酸（SiO2）を主体として、これにアルミナ（Al 2O3)、酸化鉄（Fe2O3）、石灰(CaO)、マグネシア（MgO）を含み、さらに微量のアルカリ(NaO、K2O)や強熱減量によって組成されている。
    これを鉱物学的に分類すると、石英、長石、粘土よりなるのであって、化学組成との関係は図７.４.２のようになる。
    図７.４.１各種砂の熱膨張

    図７.４.２


    石英が耐火度も高く強度も大で安定なものであるのに対し、長石は高熱や外力によって容易に微粉化しやすいものであるので、型砂としては長石粒が石炭粒の珪砂に混在することは好ましくない結果を与えるために嫌われている。
    また浜砂中にはNacl分の含有率に多少の増減があり、0.03％以上含有すると、油砂型、シェルモードの場合、不都合な結果を生ずることもあるので注意が肝要である。



    • 第５節　型砂の性質
  • 水分の影響
    砂型の粘着剤には粘土とベントナイトが粘着剤として用いられることが多い。
    油中子とか、ＣＯ2法、シェルモールド法の珪砂には水分は含有しないほうがよいが、粘土やベントナイト、あるいはセメントなどが粘着剤として用いられる砂型には水分が添加される。
    型
    砂中に含有される水分の含有量は、粒度以外の型砂の性質にすべて影響を及ぼすから、水分の調節は型砂調製のうえにまことに重要な因子である。
    Dretertの資料により、粒度指数63の珪砂に各種粘土およびベントナイト量を変え、水分量を変化させた場合の湿態圧縮強さと通気度を調査した結果を
    図７.５.１～４に示した。

    図7.5.1
    湿態強度－粘土の種類水分量曲線

    図7.5.2
    乾態圧縮強－粘土の種類－水分量曲線


    図7.5.3
    乾態通気度－粘土の種類－水分量曲線

    図7.5.4
    湿態通気度－水分量曲線


    一般に合成砂では３～５％天然砂では6.5～９％の範囲の水分量のものが用いられているが、この水分含有量は試験結果による最適値より少し多いところが実用的とされている。
    これは作業性の問題を考慮に入れてのことである。
    また乾燥型でも、水の多いほうが、乾燥後の強度が出やすいので少し多い８～１０％程度のものが用いられるのが一般的である。
    型砂の流動性は型込に影響があるが、水分量にはあまり左右されない。
    鋳型中の水分は、注湯によって一部ガス化するのがそのさいの容積変化は約1,600倍である。
    鋳
    型内で発生するガスは、この水分によるもののほか、石炭粉とか中子油、樹脂あるいはその他有機材によるものもあるが、なんといっても、水分からのものが大
    半を占める。鋳型に通気性が最大要素の一つとされるのもこのためで不良発生の大きな役割をする添加水分は十分に重視されねばならない。



  • 粒度配合と粒形
    石垣を造るにおいてもあるいはコンクリートの施行にしても、使用する砂や石野粒の大小とその混ざり具合、あるいは粒の形状は重大な要素である。
    型砂の良否もおのおのの場合、目的に応じた粒度配合と粒形の鋳物砂を選ぶことが大切である。型砂の粒度の大体の大きさは粒度指数でわかるが、鋳型の性質は粒度指数だけでは理解しがたい。粒度分布を見て経験的に推察する必要がある。
    美しい鋳肌の鋳物を得たい時は、できるだけ細粒の砂を選ぶべきである。しかし細粒になるほど表面積が大となり、粘結剤や水分も高くなるので、耐熱性や通気度さらには流動性も低下する。
    一般的には砂粒が細かくなれは成型強度は大きくなるのであるが、あまり細かくなって微粉程度になると、低水分では成型困難となる。
    つき固め性と粒度分布および粒形については、一般に同じようにつき固めた場合、単一粒度のもののほうがつき固めやすく、丸型の砂より角ばったもののほうが強度が強くなる。しかし丸形の砂の方が流動性があって、鋳型全体の強度は角型のものより均一になる。
    いっ
    ぽう単一粒度に近い型砂は、流動性はよいが、熱的衝撃に対して弱いことが認められている。たとえば平面部の多い鋳物を造ろうとし注湯した場合、込めやす
    い、流動性のあるピークの単一な型砂を用いると、湯温による乾燥で鋳型表面が浮き上がり、湯の流れに沿って流れ、これが抵抗する力の所まで移動し、鋳肌に
    脈状しぼられを発生する傾向がある。
    こうした場合には大小取り混ぜに粒度分布の型砂が適合している。
    また凸凹の多い鋳物を造る時には、単一ピークで流動性がよく、木型のすみずみまで固まる型砂を用意すべきである。
    合成砂の配合では一般に３ピークまたは４ピークの型砂にするのが常識化されている。

  • 型砂と粘土
    図7.5.5粘土および砂粒の配列

    型砂中の粘土は鋳型としての造型強度をもたせるものであるが、流動性をよくし、型のすみずみまで型砂が充填されるため、水分量を滅ずるためにも少量の粘土
    分のほうが好都合である。また型砂の老化を速めないために、型砂中の粘土はできるだけ良質のものが少量添加されるべきである。
    合成砂のほとんど
    に、粘結剤としてベントナイトが用いられている。湿態強度をだすには群馬県、新潟県産のＮａの多いウエスタン・ベントナイトが一般に用いられている、熱間
    においてとくに強度を要する場合は山形県産のＣａの多いサウザン系のベントナイトがよいとされている。しかしベントナイトの欠点はボロツキやすく、造型性
    が悪く、復用性、耐火度が低いなどの点があるとされている。強度のでることは、従来の山粘土に比較して大きいので、少量添加でことたりる点は有利である。
    又有機質の添加剤でこれらの欠点を補うことも出来る。
    粘土分の増量は、水分さえ適当であれば鋳型強度を増加させるが、通気度や流動性は低下する。
    鋳型の水分を低下させたい時は、粘土分を滅ずることを心がけねばならないから、強度な粘土の選定が大切である。

  • 型砂の老化
    型砂が鋳型となり、注湯により高熱にさらされると、砂粒子はこわれて微粉となり（これは強く押しつぶすと微粉となる）、粘土は粘結性を失い、通気性を害し、型砂としての強度を発揮することができなくなる。かような現象を型砂の老化現象という。
    型砂の主成分であるSiO２は石英で、熱影響のないものはα石英である。これが５７５ﾟＣに加熱されると、急に膨張して比重は2.65から2.32となり、その体積は1,250ﾟＣ以上ではわずかの外力でこわれやすくなり微粉となる。
    粘
    土は１００ﾟＣを越すと付着水がとれ、カオリナン系の木節粘土のようなものは５２０ﾟＣ～６００ﾟＣで、モンモリナイト系のベントナイトは
    ５６０～８７０ﾟＣで結晶水を失ってしまう。結合水を失うと粘結性も失われ、単なる微粉として型砂中に残るので、通気性などはもちろん熱的性質も劣ってく
    る。
    型砂が繰返し使用されるためには、このような老化した成分の混入を極力避ける措置が取られねばならず、また型砂が老化し、性質が変化したならば新砂が補給され型砂の性質の保持が行われねばならない。

    図7.5.7粘土の加熱重量変化曲線

    図7.5.8各加熱温度による急激膨張曲線



  • 高温性質
    砂型の熱膨張
    砂型の主成分である珪砂が熱を受けて５７５ﾟＣになりα石英からβ石英に変態すると熱膨張があり、体積で約１０％増加することを説明した。
    この熱膨張は、珪砂にくらべて浜砂、山砂に減し、オリビン砂やジルコン砂ではきわめて小さくなる。
    珪砂ではSiO2の純度の高いものほど熱膨張が大きいことも認められている。
    鋳型が熱影響を受けるのは注湯による急激な作用であるから急激な加熱を行ってみると、その加熱スピードに応じて膨張量も大となり最高値に達する時間も短くなる。
    鋳型の熱膨張の量とか発生の様子は鋳物の不良の原因（すくわれ系統の鋳きずや寸法精度など）に大きな影響を与えるものである。そのほか鋳型を強くつき固めたり、砂の粒度分布を単一化したり、添加剤の量、質によっても熱膨張は左右される。

    • 第６節　鋳物砂の調整
    決められた性質の型砂を得るためには、材料（山砂、珪砂、粘着剤、添加剤）を用意し、配合し、砂処理機によって調合処理されて、造られねばならない。表７.６.１～３に鋳物砂の調製を記す。
    表7.6.1鋳鉄用肌砂の実例（乾燥型）
    用途
    ケイ
    砂％
    山砂
    ％
    古砂
    ％
    粘土
    ％
    ﾍﾞﾝﾄ
    ﾅｲﾄ％
    石灰
    粉％
    ﾋﾟｯﾁ粉
    ％
    水分
    ％
    通気度(cc/min)
    圧縮強さ(kg/cm2)
    生
    乾
    生
    乾
    ｼﾘﾝﾀﾞｰ
    ｶﾊﾞｰ
    84
    14.5
    1.5
    350-400
    600-800
    0.7-0.8
    ＞13.0
    工作機械
    100
    ９
    9
    250
    430
    0.45
    4.5
    ﾌﾗｲﾎｲｰﾙ
    60
    40
    10-15
    8
    100-200
    2200-400
    0.55-0.75
    2-3.5
    大型歯車
    20
    80
    4-5
    7.8
    150-200
    150-200
    0.7
    1.5-2.1
    ﾀｰﾋﾞﾝ
    ｹｰｼﾝｸﾞ
    80
    20
    15
    7
    350
    500
    0.56
    2.1
    船舶用機関
    32
    68
    9.1
    3.1
    6-7
    400-600
    700-100
    0.6-0.8
    15-20
    ｲﾝｺﾞｯﾄｹｰｽ
    79
    5
    7
    1
    8
    630
    760
    0.56
    10
    表7.6.2鋳鉄用肌砂の実例（生型）
    用途
    砂％
    粘結剤
    添加剤％
    性質
    ケイ砂
    山砂
    古砂
    粘土
    ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ
    石炭粉
    黒鉛
    ﾋﾟｯﾁ
    穀粉
    水分
    通気度
    (cc/min)
    圧縮強さ
    (kg/cm2)
    ﾗｼﾞｴｰﾀ-
    14.5
    85.5
    1.5
    6.8
    120-170
    0.35-0.5
    ミシン
    60
    40
    5
    7
    30
    0.56
    紡織機大
    25
    75
    3
    8
    28
    0.76
    〃小
    15
    85
    2
    7.8
    30
    0.45
    〃歯車
    30
    70
    5
    8.4
    24
    0.75
    バルブ
    50-60
    8-10
    20-25
    4-5.5
    1.5-2.5
    5-6
    80-90
    0.6-0.8
    ｼﾘﾝﾀﾞｰﾌﾞﾛｯｸ
    48
    32
    20
    5.1
    110
    0.46
    〃
    60
    40
    0.6-1.0
    0.6-10
    5.5
    90
    0.53
    〃
    49
    14
    37
    3.7
    1.8
    4.8
    127
    0.72
    鋳鉄管
    15-20
    15-20
    60-70
    2.0-3.5
    1.5-2.0
    5-6
    70-90
    0.4-0.5
    表7.6.3
    肉厚mm
    造型法
    使用ﾐﾙ
    空練min
    本練min
    ねかしh
    水分％
    通気度
    cc/min2
    圧縮強さ
    kg/cm2
    1件機械
    25-40
    牛込
    ｽﾋﾟｰﾄﾞﾏﾗ
    1/2
    1
    -
    5.5-
    6.5
    350-500
    600-800
    0.5-0.6
    7-8.5
    12-65
    手込
    ｲﾝﾌﾟｿﾝﾐﾙ
    11/2
    6
    1-12
    6.5-
    7.0
    500-600
    700-850
    0.4-0.5
    8-12
    エンジン
    6
    ﾓｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞ
    ｽﾋﾟｰﾄﾞﾏﾗ
    0.2
    1
    10
    -
    -
    -
    -
    -
    25
    手込
    ｽﾋﾟｰﾄﾞﾏﾗ
    0.58
    1.25
    -
    6.5-
    8.0
    250-400
    43-870
    1.18-1.28
    13-17
    ポンプ
    18
    手込
    ｼﾝﾌﾟｿﾝﾐﾙ
    2
    10
    -
    10
    100-200
    0.8-12
    20
    ﾓｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞ
    ｽﾋﾟｰﾄﾞﾏﾗ
    2/3
    11/3
    -
    6
    70
    0.42
    自動車
    5
    ﾓｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞ
    ｼﾝﾌﾟｿﾝﾐﾙ
    2
    13
    2
    4
    150
    0.99
    20
    ﾓｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞ
    ｼﾝﾌﾟｿﾝﾐﾙ
    2
    10
    1
    4
    130
    0.5
    一般
    産業機械
    25
    手込
    ｼﾝﾌﾟｿﾝﾐﾙ
    1
    10
    2-3
    5-7
    130
    0.8
    12
    ﾓｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞ
    ｽﾋﾟｰﾄﾞﾏﾗ
    1
    1.5
    1/4
    7.0-
    7.4
    50-85
    0.56-0.65
    粒度分布および粘土分メッシュ％
    -
    -
    0.7
    乾
    4.4
    16.2
    17.4
    20.2
    20.2
    7.6
    6.5
    2.0
    -
    60
    40
    -
    16
    -
    -
    6
    -
    -
    乾
    ポン
    プ
    3.5
    11
    23
    27
    20
    4
    65＜11.5
    16.0
    88
    12
    -
    4
    -
    -
    1.2
    -
    -
    乾
    0.6
    1.8
    5.8
    28.8
    59.8
    2.1
    0.2
    -
    95
    5
    -
    -
    2
    2
    -
    -
    -
    ｵｰｼﾞﾝ2
    糖密0.5
    生肌
    自動
    車
    1.0
    26
    14.6
    32.2
    30.0
    3.2
    2.8
    12.8
    90
    10
    -
    -
    3
    -
    -
    1
    -
    生肌
    0.9
    10.9
    70.3
    16.9
    0.9
    -
    30
    70
    -
    -
    5
    -
    -
    1.5
    -
    生肌
    一般
    産業
    機械
    14
    23
    14
    10
    5
    3
    4
    80
    20
    -
    2
    3
    -
    -
    2
    -
    乾
    2.2
    26
    26
    13.5
    15.5
    29.4
    10
    85
    -
    15
    2.2
    -
    -
    -
    0.25
    1.05
    生肌
  • 型砂を種類によって分けると次の３通りになる

    1. 肌砂

    2. 裏砂（床砂）

    3. 中子砂


    肌砂とは溶湯と接する部分に直接当る型砂を特別に調整したものをさし、裏砂とは肌砂をバックアップするために用いる型砂をいう。
    肌
    砂とは溶湯と接するすべての部分に用いられないで、せき前とか、溶湯のはげしく当る部分とか、肉厚変動のはげしい部分に局限して用いられるものもある。生
    産性を上げるためのマスプロでは使用する型砂をすべて処理して、肌砂も裏砂も使用しない一本化した型砂を使用している工場も多く、この傾向は年次に強まっ
    ている。
    鋳物製品の出来具合は肌砂の性質に一番大きく影響されるもので、鋳物に発生する多くの欠陥や鋳肌とか寸法精度、さらには後処理の難易が肌砂の適否に左右されるとされている。
    肌砂と裏砂との関係を無視し、勝手に別個のものとし使用する事は危険であり、避けねばならない。いかに優秀な肌砂が用意されても裏砂の性質が適していなかったり、でたらめに使用されているような鋳型では不良の発生が多いからである。
    たとえば裏砂のほうが肌砂より通気度が低い場合は、せっかく肌砂で発生したガスが裏砂へ充満しついでそれが逆に肌砂を通じて溶湯のほうへ発散し、鋳巣、吹かれ、さしこみなどの欠陥を発生することになる。
    したがって肌砂と裏砂との間にある間連が必要であると共に、両者はおなじみ性の強いものでなければならない。



  • 天然砂の調整
    型
    砂はできるだけ単純で、天然に産出するものでそれが満たされるならば、それをそのまま使用すればよい。その場合、一応の節分けを手篩で行って木の根や石こ
    ろを除き、スコップで攪拌しただけで用いることもある。なおサンドミルで混練し、サンドブレンダーなどで分解してやると、型砂としての性質が向上するの
    で、この効果を活用してやることはいっそう有利である。

  • 合成砂の調整
    高い強度や通気度あるいは高温性質など型砂に特殊な性質が要求される場合は、合成砂を調製せねばならない。合成砂は強力な粘結剤を使用するので、少ない粘結剤と水分で強力な鋳型を造ることができる。
    したがってピンホールや鋳巣のような内部欠陥を生ずることが減少し、寸法精度が向上する。
    任意な型砂が得られるから生産性も高める手段にすることができ、多量生産で機械化された鋳物工場には不可欠のものとなっている。
    天然砂の場合は配合や混練などに、砂処理機がなくとも一応は型砂の調製が出来たが、合成砂の場合は、これらなしでは製作することは出来ない。
    合成砂の配合には、天然、人造を問わず珪砂が使用されるが、山砂の持味を生かして、山砂（古砂も入る）に珪砂や粘結剤、添加剤を適当量配合し、砂処理を機械的に行って調製する型砂を半合成砂と称している｡にも珪砂を主体としたものがあるが、山砂が主体であるものが多い。
    合成砂の特性を生かすため、鋳型は硬くつき固められるが、さらに珪砂を使用するため砂の熱膨張による欠陥発生は予想されるところである。そのため適当な補助粘結剤（適当に変形態の大きいピッチ粉がよい）を使用するとよい。
    合
    成砂の流動性が望まれる場合には、もしデキストリンを使用している場合にはコンスターチに切る換えることも一手法である。石岩粉の使用は、天然砂の場合も
    合成砂の場合にも広く採用されるところであるが、石炭粉の種類、砂粒の大きさ、鋳物の種類と表面積および重量、鋳型造型法および硬さに応じて、その使用量
    を決めねばならぬ。
    一般に石岩粉とかピッチ類の使用量は２％以下の添加が多く、それ以上では鋳肌を割することが多い。

    • 第７節　粘結剤の種類と性質
    鋳
    物用の粘結剤は多種多様であり、これらの選択をうまくすることが型砂には非常に重要なことである。粘結剤は木節粘土、ベントナイトのような無機粘結剤と、
    油、デキストリン、合成樹脂などの有機粘結剤に大別できるが、このほかに水ガラス、石膏、あるいはセメントのような特殊な無機粘結剤も使用されている。
  • 無機粘結剤の種類と性質
    (1)粘土鉱物の性質
    一般の砂型鋳物では、粘土が粘結剤として使用されているが、粘土は化学分析により鉱物学的には大略つぎの三つに分類される。
    カオリナイト(K)
    イライト(I)
    モンモリロナイト(M)
    これらの粘土はその種類によりこれを砂に配合した場合はその性質はそれぞれ違っており、これを定性的に比較すると表7.1のようになる。

    表7.7.1粘土鉱物の性質


    カオリ
    ナイト
    イラ
    イト
    モンモリロナイト


    Ca-ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ
    Na-ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ


    湿態圧縮強さ(最大値)
    ４
    ３
    １
    ２


    乾態圧縮強さ(最大値)
    ２
    ３
    ４
    １


    通気度(最大値)
    ４
    ３
    １
    ２


    成型に必要な水分
    ４
    ３
    １
    ２


    焼結点(最大値)
    １
    ４
    ２
    ３


    耐久性
    １
    ３
    ４
    ２


    流動性(最大値)
    ３
    ２
    １
    ４


    破壊性
    ３
    ２
    １
    ４


    靱性
    ２
    ３
    ４
    １


    1370ﾟCにおける収縮
    １
    ４
    ２
    ３


    混合しやすさ(最大値)
    ４
    ２
    １
    ３


    図7.7.1粘土鉱物の高温強さ
    ただし表中の数字は最良のもの(1)から最悪のもの(4)への順位を示すものである。
    粘
    土鉱物はその構造水を失うと粘結力を激減する。図7.7.1はカオリナイト、イライト、Ｃａベントナイト、Ｎａベントナイトを砂に添加し、高温に於ける抗
    圧強度を求めた結果であり、カナリナイト(木節粘土)とモンモリロナイト(ベントナイト)では非常に高温抗圧強度の状態が違っていることがわかる。
    これらの粘土鉱物の鋳型用粘結剤の性質を比較すると次のようになる。
    湿態強さと乾態強さはＭ＞Ｉ＞Ｋ
    鋳型表面の安定性はＫ＞Ｉ＞Ｍ
    湿態強さの水分感度はＫ＞Ｉ＞Ｍ
    高温強さの最高値温度はＫ＞Ｉ＞Ｍ
    ただし、Ｍはモンモリロナイト、Ｉはイライト、Ｋはカオリナイトを示す。
    (2)粘土中の不純物
    粘土中には上述の３種の粘土鉱物以外に多くの不純物が含まれているが、これらの影響を示すと次のようになる。



    1. 石英
      明らかに砂粒子と認められるものから超微粒子のような細かいものまで混入している。石英は粘土の粘結力を弱め、鋳型の熱膨張を大きくし、また耐火度を低める。

    2. 長石
      粘結力を弱め、耐火度を低める。

    3. 雲母
      これも粗粒から細粒のものまで混入し、十分粘土化したものは悪影響がない。

    4. 鉄塩
      多量に存在する場合は水酸化第二鉄でも復用性を悪くする。

    5. 有機物
      低温で燃焼するが粘結力を低下させる。

    6. 石灰石
      方解石、石膏その他。
      以上のように一部のものを除いては不純物はほとんどの粘土の性質を劣化させるので、これらの不純物は少ないことが望ましい


    (3)ベントナイト
    国産のベントナイトの出産地は、山形、群馬、新潟地区であり、これらの３者を鋳型に用いた場合、異った性質を示す。表７.２は標準砂に７％のベンナイトと４％の水分添加したときの湿態、乾態および高温の性質である。


    表７.７.２ベントナイトの性質


    湿態圧縮強さ
    kg/cm2
    乾態圧縮強さ
    kg/cm2
    高温圧縮強さ
    kg/cm2
    急熱膨張量
    ％
    流動性


    山形
    0.26
    5.84
    53.6
    1.66
    25


    群馬
    0.47
    2.98
    40.6
    1.60
    29


    新潟
    0.42
    2.97
    31.3
    1.75
    25


    一
    般的にいえるには、山形産のものは乾態圧力を必要とする大物の粘結剤に、群馬のものは生型圧縮強さが高いから、生型小物の粘結剤に適する。なお流動性から
    みると、サラサラ流れる感じでは群馬のものがよく、ふんわりとして弾力性のある型には山形、しかし作業形態あるいは補助粘結剤、添加剤の使用により一概に
    その適否をいうことはできない。
    (4)木節粘土
    型の手直しがきくこと、ベントナイトのように膨潤しないために流動性がよいこと、耐火度が
    高いなどのことから大物あるいは乾燥型、または山砂の粘土分の補給用として使用されているが、ベントナイトよりも千差万別でなかなか一概にその適否を明確
    にすることが出来ないのが現状である。表7.3は木節粘土系のものの一部の性質を示す。
    この試験は標準砂に１２％の各種粘土と5.5％の水分で行ったものである。


    表7.7.3木節粘土の性質


    湿態圧縮強さ
    kg/cm2
    乾態圧縮強さ
    kg/cm2
    高温圧縮強さ
    kg/cm2
    急熱膨張量
    ％
    流動性


    瑞浪
    0.40
    2.06
    22.4
    1.82
    29


    瀬戸
    0.18
    2.12
    23.0
    1.81
    36


    土岐津
    0.37
    3.02
    36.8
    1.61
    40


    上野
    0.08
    1.76
    29.0
    1.76
    28


    ベ
    ントナイトの試験結果と比較すると、添加量が５％も粘土のほうが多いのに、圧縮強さはベントナイトよりも低く、熱膨張量は一般にベントナイトよりも高い、
    しかし流動性はベントナイトに比較する非常に優れた値になっている。これらの数値から合成砂の場合には生型ではベントナイトを使用したほうが、添加量もし
    たがって添加水分も少なくてすむから好都合である。



  • 有機粘結剤の種類と性質
    有機粘結剤は油中子のよう
    に有機物が砂の主粘結剤として使われるほかに、主たる粘結力は無機粘結剤で求め、あるいは湿態強度は無機粘結剤で求めて、乾態あるいは放置における不足強
    度だけを有機粘結剤に求めようとすることが多い。すなわち有機粘結剤を補助粘結材あるいは二次粘結剤として用いる方法とがあり、その必要に応じ適当な有機
    粘結剤が選択される。有機粘結剤として現在鋳型用に使用されているものを大別すると、油分、でんぷ粉類、糖類、合成樹脂類等がある。
    (1)油類粘結剤
    油
    類のうちもっとも一般的に用いられているのはアマニ油、大豆油、種油などの植物性の乾性油であり、これらのアマニ油、大豆油等の植物性油は主として中子な
    どに用いられている。これらの油等を用いた中子は１７０～１９０ﾟCで乾燥した場合大きな乾燥強度が得られ、しかし油であるので吸湿性がないこと、砂落し
    が容易であること等が利点である。しかし砂にこれらの油を配合しただけで湿態の強度がでないために、少量のベントナイト（１～２％）およびでん粉系の補助
    粘結剤を添加することが行なわれている。
    また油粘結剤は主型用合成砂の成型放置による表面のボロツキを防止するために乾燥防止にも使用されている。
    (2)でん粉類粘結剤
    で
    ん粉を加工したデキストリンおよびαでん粉を使用すれば、水分さえあれば強力な粘着力を発揮するものができるため、ほとんどこれらのデキストリン、αでん
    粉が使用されるようになった。デキストリンは低水分でも粘着力が増すので主型の生型のあるいは乾燥型の表面砂粒の安定剤として用いられる。αでん粉はやや
    水分を多く必要とするから一般的には水分を多くしてもそれほどさしつかえない乾燥型あるいは中子用として使用される。
    (3)糖類粘結剤
    図7.7.2アマニ油ａ.オージン油ｂ
    粘土を粘結剤とした砂の吸湿曲線
    こ
    の主なものは昔から中子用として好んで使われていたオージン・サルファイトがある。また最近ではミカンの皮からほとんど同様なものがとれることが報告され
    ている。乾燥強度が比較的弱いこと図7.2に示すように吸湿性がはなはだしいことから、次第に油やその他の粘結剤に変えられつつある。
    (4)合成樹脂粘結剤
    合
    成樹脂粘結剤のなかでもっとも一般的に使用されているものには、シェルモールド用の石炭酸系樹脂があり、また一部ではこれに替わるものとして尿素系の樹脂
    がある。これらの樹脂は粉末状ではそのまま珪砂に３～５％程度配合してシェルモールド用として使用されるが液状のものは珪砂を被覆していわゆるコーテット
    サンドとして使用される。
    油砂の代用として醋酸ビニールの製造工程中間体として出来るポリビニールアルコールが一般的に使用され、水溶性であり、
    ふきつけにも便利であるが熱分解温度が低いので管理にやや難点がある。合成樹脂粘着剤の中には、その性質がよくても、悪臭、刺激臭などを発生して環境衛生
    上不適当なものも有り、その選択にはこの点にも留意が必要である。

  • 特殊な粘結剤
    (1)珪酸ソーダ（水ガラス）
    水ガラスはガス型法の粘結剤としてすでに一酸化し、広く使用されている。主成分は珪酸ソーダで砂落しの効果や成型強度を上げる目的で、糖蜜のような有機質のものが添加されている。普通は４～６％を珪砂に添加して使用する。
    (2)エアーセットオイル
    大
    物用中子あるいは主型用としてその使用が注目されている。植物性の油と合成樹脂からなるといわれ、硬化促進剤（過硼酸ソーダ等）を少量添加することにより
    硬化時間を短縮調整できる。常温で放置し硬化さすものと焼成さすものとがある。造型焼成はほとんど普通の油砂と変わらない。
    (3)セメント
    ポ
    ルトランドセメントを用い、大物鋳鉄用として主型、中子とも工作機関係の工場などで使用されている。ベントナイトのかわりにポルトランドセメント
    ７～１０％で混練し造型してそのままある程度硬化するまで放置し、型抜き後また大気中で放置乾燥あるいは、乾燥炉にて乾燥後使用する。値段も安いためにエ
    アーセット法と組合わせ肌部分をエアーセットの油砂、裏砂をセメント型というような組合わせでも使用されている。

  • 鋳物砂の添加剤の種類と性質
    鋳型砂の中へは無機有機の粘結剤へのほか鋳肌をよくする、砂落しをよくする、すくわれや、目ざしベーニングを防止する、鋳型との反応を防止するなど種々の目的で要求に応じて各種の添加剤が添加される。これを大別すると次のようになる。
    イ炭素質添加剤
    ロでん粉質添加剤
    ハ繊維素質添加剤
    ニその他
    の添加剤となる
    (1)炭素質添加剤
    炭素質添加剤には、石炭粉、ピッチ粉、コークス粉、黒鉛粉末などがある。
    (イ)石炭粉
    鋳
    肌をよくし、砂落しを容易にする。すくわれ防止等の目的に普通鋳鉄の砂に１％前後（新砂には１～２％反ぷく使用すれば0.5％程度でよい）添加される。こ
    れらの目的に使用される石炭粉は一般に揮発分が高く、灰分の少ないことがよい。分析の結果のよると水分２～６％揮発分３５～４３％、灰分３～１５％、固定
    炭素４０～５０％であるがこの中で水分２～６％、揮発分３５～４３％、灰分３～１５％、固定炭素４０～５０％であるがこの中で水分2.5％揮発分４３％、
    灰分3.5％、固定炭素４５％のものが実験結果でももっとも良好であった。
    灰分の多いものは、古砂中の微粉分を増加させるのでよくない。細かいとすくわれ系統の鋳キズの防止には有効であるが、砂落しのさいに砂が焼結しランプサンドになることも予想される。従って目的に応じて粒度の選択が必要である。
    (ロ)ピッチ粉
    ピッ
    チ粉は灰分がほとんどなく、しかも揮発分がある程度自由に選択されしかも粒度も丸くすることができるために、石炭粉に比較して高価であるが、一部では石炭
    粉の替りに用いられている。揮発分の低いものは２０％前後、ガス型に添加した場合ピッチ特有の悪臭も少なく、また焼結しにくいので砂落しを容易にするため
    に加えられる。あらゆる鋳湯のガス型に１～２％加えられる｡また揮発性の高いものは合成砂に添加して鋳肌をよくし、すくわれを防止するのに有効である。
    (ハ)コークス粉
    揮
    発分がほとんどないために大物中子などに砂落しだけをよくし、できるだけガス発生を少なくするような場合に使われる。しかし粒形が悪いから油砂やその他の
    液体粘結剤(水ガラスの粘結剤の時には２～３％使用することがある)を使うような場合には使われない。大物の中子には３～１０％加えて砂落しをよくしてい
    る。また微粉にしたものは塗型にも使用されている。
    (ニ)黒鉛粉末
    主として塗型用として用いられるが、鋳肌を必要とする紡織機部品など薄物の山砂にヘラかけが容易になる。鋳肌がよくなる等の理由に添加される。しかしすくわれなどにはあまり期待できない
    (2)でん粉質添加剤
    代
    表的なものではとうもろこしより造る生でん粉であるコンスターチがある。砂型の熱膨張にするすくわれ防止には非常に有効である。またこれを古砂中に混合さ
    れた場合には一部、でん粉化あるいはデキストリン化するために、古砂を用いる場合には補助粘結剤としての効果も期待できる。しかも流動性を害さないために
    好んで添加剤として使用される。なおコンスターチを原料として造られたでん粉は、デキストリンに比べてすくわれに対する効果が大きいので添加剤として使用
    される。このようなでん粉質添加剤はすくわれに対する効果が大きいので添加剤として使用される。このようなでん粉質添加剤はすくわれを防止するばかりでな
    く砂落しを容易にし、鋳肌をよくするのに役立っている。
    (3)繊維素質添加剤
    繊維素質添加剤にはモミガラ、和紙、スサなどがあるが、最近
    は１００メッシュ前後の鋳型用木粉が多く使用されている。砂型の熱応力を低下させる効果が大きいのですくわれの防止にもなり、又砂落しを容易にする。鋳物
    の熱間キ裂の防止に0.5～1.5％添加される。しかし吸湿するので強度を低下させる。又砂型表面がボロツキやすくなる欠陥がある。
    (4)その他の添加剤
    目
    さし防止、鋳型の高温強度を上げる目的で珪石炭が使用される。しかし成型性をわかくし、熱膨張を大きくする欠点もあり、クッション作用のある添加剤と併用
    する事がのぞましい。このほかに油中子およびガス型のベーニング防止の目的に酸化鉄(Ｆｅ2Ｏ3)も一部では使用されている。また鋳物砂を処理する目的で
    砂に着色することも行われ、酸化鉄、酸化クロームも微量添加することがある。また砂のＰＨを調節するために苛性ソーダーを加えることもある。

    • 第８節　鋳物砂処理機械
    鋳物砂処理機械は其の造られる鋳物により種々の機械が使用されるが大別して見ると次のようになる。
  • 乾燥

  • 節分け

  • ばらし

  • 磁気分解

  • 混練

  • 分解（エアレート）

  • 乾燥
    乾
    燥機の分類法にはいろいろの方法が考えられるが、加熱方法では熱風乾燥、加熱乾燥、熱風および加熱面乾燥に分けられる。操作の種類によっては不連続式と連
    続式がある。しかしいかなる乾燥機械を使用するにも、珪砂は５７５ﾟＣと1,250ﾟCにそれぞれ変態点があり、５７５ﾟCに、石英より石英に、また
    1,250ﾟCで石英より、クリストパライトに変態する。５７５ﾟＣの変態で比重が2,653より2,323と0.33も減少することで、約12.5％も
    比重が低下している。したがって容積が膨張し、急激に熱するとこの温度で、いずれも各層格子に分裂し、新しい結晶相が生ずる。しかし付着水はいずれも
    １２０ﾟＣ～１５０ﾟＣで放出される。
    上述のように珪砂は５７５ﾟＣ、粘土は５２０ﾟＣ以上に温度を上げることは危険であって、鋳物砂の乾燥は、５００ﾟＣ以下の温度で行わなければならない。
    (1)固定式加熱面乾燥機
    最も原始的な乾燥機で、ぬれた砂を鉄板上に広げ、下から加熱して水分を蒸発させる。燃料は主としてコークスが使われる。
    (2)回転乾燥機
    この型式は円筒が横になって回転するもので、横軸は普通３～６ﾟのゆるい傾斜になっている。砂は一方から他端に進み、その間に熱風あるいは加熱面により乾燥される。これには図7.8.1のように大別して４つある。
    (3)堅型乾燥機
    こ
    れは同筒を垂直に立てた形状のもので、湿った砂は大低バケットエレベーターにより乾燥機の上部に運ばれ、乾燥機内部を下降しながら熱風により水分を除去さ
    れつつ下部に乾燥砂がでてくるようになっている。この乾燥機は砂を頂部まで上げるがバケットエレベーターに水分の多い砂を入れるとバケットに砂が着き能率
    が悪くなる欠陥があるが、しかし所要床面積が非常に少なくてすむ長所もある。

  • 節分け
    補給用新砂を調節するための節分けはもちろん、注湯後、型ばらしあるいはシェイクアウトをし、さらに焼砂は砂塊をとるかして、粒度調整をするため一般に篩にかけられる。
    この篩分けは一見ごとくありふれた簡単な操作であるが、実際に使用して見るといろいろの問題がもつれあって、その現象はなかなか複雑であると同時に、その保守はきわめてむずかしい。
    (1)ブレーカスクリーン
    こ
    れは鋳鉄、鋳鋼などの乾燥型砂処理の場合、回収すべき砂塊を粉砕し、砂中に混入している芯金、釘、鉄屑、錬瓦などの爽雑物を除いて以後の砂処理工程を完全
    にするための装置である。まず投入口より投入された砂は、鋼板を抜いて造られた円筒形のものか、あるいは太い針金の篩鋼の回転篩の中に入り、内部に設けら
    れた螺旋状案内羽根により次第に後方に送られると同時に回転力と摩擦により上部に持ち上げられては自然落下し､その時の衝撃で砂境が粉砕されて篩穴を通
    る｡砂中に含まれている爽雑物は、螺旋状案内羽根により順次送りだされて外部へである。駆動方法には大別して、フリクションローラーによる間接駆動式と内
    部シャフトによる直接駆動式がある。ブレーカスクリーンは摩耗以外にはほとんど故障はないようである。
    (2)回転篩
    古砂の回収と肌砂の調
    整用に使用されるもので、型式には篩の断面が六角形や円形のもの、あるいはマグネシュウムセパレーターのついたものもある。篩鋼は二重に張られたものが多
    く、このものは二段に篩分けられ、内側は６～１０メッシュ、外側は３５～６５メッシュぐらいの鋼が使われている。この篩は非常に故障が多い。
    (3)振動篩
    図7.8.2振動への砂の補給法
    こ
    の篩は実く多く、将来はブレーカスクリーンは別にしてすべてこの型式の篩に置変る可能性がある。現在では乾燥型の粗微粉の除去、肌砂の粒度調製に用いられ
    ている。振動源は機械式と電磁式に分けられ、また運動方式には往復運動と閉曲線運動型で偏心軸により振動を発生させるもので、鋳造工場で使用されている大
    部分がこれである。この篩を使用するとき、コンベアーあるいはバケットより直接篩面に落さず定量ホッパーを通じあて板上に一度供給してから篩分けられるよ
    うにするべきである。

  • ばらし（シェイクアウト）
    注湯の工程が終った後、鋳枠から製品と砂とを分離するのがシェイクアウトの役目である。しかし中子に関してはノックアウトと称し、製品から砂を分類する。この操作は砂処理の最初の工程で、工場の機械化が進めば能率向上のためのシェイクアウトの装置は欠くことができない。
    シェ
    イクアウトマシンは、格子状に四角な穴のあいたグレート（その上にばらし前の枠を置く）と１０数本のスプリングによって支えられ､偏心軸によってグレート
    に振動を与える。このスプリングは上下方向のみならず左右にも弾性的に指示するようになっており、したがって振動や衝撃に対してはこのスプリングによって
    十分に吸収される。このため鋳枠から分けられた製品と型砂はグレートの穴を通過し、下にある漏斗状の受けを介してコンベアー状に送られる。偏心軸を使う外
    以に圧縮空気を用いる方法もある。

  • 磁気分離
    鋳型や中子に使用した芯金、釘、針金、注湯のさい生ずる鋳屑、あるいは取扱中入るスチールショットなどは、砂処理工程中で取除かなければならない。これらの鉄片除去には一般に磁気分離器が使用される。
    もちろん乾燥型ではブレーカスクリーンで取除くこともあるが、それでも小さい鉄片は難しい。磁気分離機を大別すると、永久磁石を用いるものと電磁石を用いるものに分けられる。最近な永久磁石の粉末をゴムベルトに混合したプーリーも出来てきた。
    作
    動を説明するとほぼ一定の厚みでコンベアーにより運ばれてきた砂と鉄片の混合物は、このプーリー上にくると、非磁性体の砂は重力と遠心力により前方に落下
    するが、磁石をもつ鉄片は磁力によってそのままベルトとともに回転する。しかし磁極から離れるにしたがって引力が減少するため、重力により落下する。両者
    の間に仕切板をおけば落下位置が異なるため、砂と鉄片が分離される。

  • 混練
    図7.8.3プーリー上の作動
    砂処理工程中、混練は型砂の性質を調節するもっとも重要な操作である。すなわち配合した砂が添加された粘結剤や水分などと十分混ざり合って、その機能を完全に発揮させる工程未期の手段である。
    混練機には、その種類も多く、その機能についてもそれぞれ特徴があるが、現用の主なものについて説明する。
    (1)シンプソンミル
    鋳
    物工場でもっとも広く用いられている混練機で、一般にサンドミルと呼ばれ砂白あるいはエッジランナとも呼ばれている。その構造は簡単で、故障が少なく、さ
    らに十分な混練効果があげられる点が、広く用いられるゆえんである。用途も広く、肌砂、裏砂、中子砂の混練はもちろん、コークス粉、石炭粉の製造や新砂の
    粉砕などに用いられる。このミルで混練された肌砂や裏砂は、たいていエアーレートしてから造型に使われる。
    (2)マルバロ
    シンプソンミルと構造的にはほとんど同じであるが、２、３の特殊な工夫がなされ、ポータブル式である点が異っている。用途は肌砂、裏砂、中子砂いずれにもよい。
    (3)スピードマラー
    スピードマラーはミルより同一馬力で処理が大きく多くの長所をもっている。中心軸の回転数はミルの４～５倍も速く、１１０～１２０rpmであるため混練時間は３～５minでよい。又この混練機は肌砂、裏砂、中子砂の混練はもちろん、エアーレートをする必要性は少ない。
    (4)ワールミックス
    ワー
    ルミックスはスピードマラーとよくにた構造のものであるが、容量はスピードマラーより小型で回転数は80rpmとやや遅く、なお側壁およびホイールに耐摩
    耗性のゴムが巻き付けられ、高速回転にとものう砂粒の破壊防止につとめている。図7.8.4にワールミックスとサンドミルとの混練後に於ける砂の性質を比
    較する。
    (5)連続ミル
    最近わが国にも砂混練機の大型化が取入れられ特に従来の１バッチごとの混練と
    異なり連続的に混練のできることである。その内にはオートミラー、マルチマル、これはシンプソンミルのよさを生かした連続ミルで、自動造型ラインに取入れ
    られている。又従来は窯業方面で原料の混合に使用されていたものであるが、最近は鋳物砂に用いられるようになった。これは他のミルに比較して動力消費が少
    ないのが特徴である。其の外ローテンションミッシャーがある。これは従来のミルと同一般合比で混練した場合団粒の成生量も少なくかつ通気度、圧縮強さ、剪
    段強さも短時間で高い値がでる。

  • 分解（エアレート）
    エアレートは鋳物砂に均一性を与
    え、造型すやすい状態にするため必要であり、製品の鋳肌やできばえもエアレートすることにより、非常によくなる。又シェイクアウト後の鋳物砂の循環過程で
    砂を冷却さすことである。前者は裏砂、後者は肌砂用として広く用いられている。このほかコンベアー上で使用されるレビビファイアや篩分けの方式もある。

    • 第９節　鋳物砂の老化現象
  • 粘結剤からみた場合
    砂粒の周曲が強熱せられると、砂粒の周囲の物質は乾燥したり、燃焼したり、あるいは固結したり物理的科学的変化を生ずる。
    あ
    る温度以上では粘結剤はその粘結性を失い､添加物は燃焼するか､その特性を失うかして鋳型の性質を維持できない。粘結鉱物はその結晶水を失うと粘結力が激
    減する。この温度は大体５００ﾟＣぐらいで、これらの加熱された粘土は、再び粉末に戻してももはや粘結剤としての役割はなく、単に微粉として存在するだけ
    である。
    油脂類および合成樹脂などは分解して炭化が起る

  • 珪砂の側からみた場合
    前述したが珪砂が加熱により５７５ﾟＣにて大きな変態点があって、石英から石英に、結晶構造が変化する。
    ５７５ﾟ
    Ｃの変態でも比重が2.653－＞2.323と低下するので、容積は逆に大きくなる。急激な加熱をすると、この温度においても膨張による珪砂自体の亀裂、
    崩壊が起こる。型砂は各種の粘結剤や添加剤と混合しているのでその珪砂粒の一つをとって図解すると図7.9.1のようになる。
    各砂粒のまわりに皮
    膜が形成され、これが熱影響を受けるので、珪砂自信と被膜成分がそれぞれ変質するものであって、脱水したり、燃焼したり、焼付いて堅い被膜として固着する
    ことが多く、砂同志も鋳物表面で鉄の酸化物と反応して（ガラス状の珪酸鉄）（2FIOSiO2）フエヤライトを形成し老化する。

  • 回収法
    回収法としては、乾式、加熱式および混式の３法であるが、これら各種の法式を適当に併用する場合は、各式の長所が生かされて、きわめて効果的であることが実証されている。

    • 第１０章　鋳物砂の試験方法
  • 水分測定器
    水分の測定には標準法のほかに現在使用されているものには７種類ある。いろいろの角度から分類してみると表10.1のようである。この水分測定のうち電気的測定法は連続測定が可能で、最近行われだした水分の自動制御に重要である。

    表7.10.1水分測定の分類


    ＿＿＿＿＿分類
    物理的分類
    迅速性
    迅速性
    の順位
    直接的か間接的
    連続測定の可能性


    種類
    有
    無
    直接的
    間接的
    有
    無


    標準法
    加熱法
    〇
    ３
    〇
    〇


    熱風法
    加熱法
    〇
    ２
    〇
    〇


    赤外線法
    加熱法
    〇
    ２
    〇
    〇


    電気容量法
    電気的方法
    〇
    １
    〇
    〇


    電気伝導法
    電気的方法
    〇
    １
    〇
    〇


    相対湿度法
    電気的方法
    〇
    １
    〇
    〇


    カーバイト法
    圧力法
    〇
    １
    〇
    〇


    デシケータ法
    吸収法
    ４
    〇


    (1)標準法
    低
    温乾燥機を１０５±５ﾟＣに調節しておき、この中に所定電量（一般には５０gまたは１００g）のサンプルを入れ乾燥される。乾燥時間は恒量になるまで行な
    うが、多少水分を入れる容器は、時計皿、磁製皿であり、これ以上の時間を超えても差支えない。乾燥が終ればデシケーター中で冷却し常温になってから秤量す
    る。水分％の表示は普通小数点以下1位までの値によっている。水分の表示には二つの方法があり、一つは砂と水の和の全重量に水分％、もう一つは砂のみの重
    量に対する水分％である。前者を湿量基準、後者を乾量基準と称し次式で表わされる。
    湿量基準
    乾量基準
    ここでＷは砂の重量、Ｗは水の重量である。砂に含まれる水分の絶対量が同じでも当然両者の水分％は異なり乾量基準のほうが大きく表現される。一般に水分測定の場合には湿量基準により、工学的計算には乾量基準が用いられる場合が多い。
    (2)熱風法
    これは熱風式乾燥器によって行う。標準法より１／１０～１／１５の時間でできる
    (3)赤外線加熱法
    こ
    れは赤外線ランプの幅射を利用して行う方法である。たとえば赤外線ランプとトーションバランスあるいは天秤と組合せたものなのであるが、赤外線の輻射熱に
    よる重量変化を光学拡大装置を設けた天秤により自動的に目盛板上に指示させ、砂中の水分を直読さすものである。測定時間は加熱法より少し余計かかる
    (4)電気容量法
    図7.10.1電気容量法の原理図
    この方法の原理は図10.1に示すように未知の容量Ｃｓとを同調回路に並列につなぎ、その共振周波数がＦからＦに変化したとすれば次式により未知容量のＣｘを求めることができる。
    Ｃｘ＝Ｃｓ（ｆ22－ｆ12）／ｆ，
    したがってＦとＦを一定にするようにＣｓを変化するとＣｘを知ることができる。すなわちＣｘに所要の鋳物砂を入その容量を測定すれば、あらかじめ鋳物砂の電気容量と水分の関係をプロットした図線によって、鋳物砂中の水分がわかる。
    (5)電気伝導法
    この方法は測定しようとする砂に直接電気湿度計を接触させ、砂の周曲の空気との相対湿度を求めることにより水分量を得るものである。もちろん相対湿度と水分量の推定線図はあらかじめ用意しておく必要がある
    (6)カーバイト法
    砂
    とカルシュウムカーバイトを所要割合にして密閉容器内に入れ、よく混合すると砂の含む水分とカーバイトが反応してアセチレンガスを発生し、それによって圧
    力を生じる。この圧力を測定することにより水分量を求めるのが測定の原理である。測定上の注意としてはサンプルとカーバイトを容器に入れた後十分にふって
    反応を助けることである。この方法は操作はごく簡単であり一般に広く利用されている。



  • 通気度の測定法（ＪＩＳ）

    これはＪＩＳに定っているものの一部を次に掲げる。
    (1)適用範囲
    この規格は鋳物砂の通気度を測定する方法について規定する。
    (２)用語の説明
    通気度といえば、一定の試験片を通じて、一定の圧力の空気が流れる速度で表現した値である。
    (3)試験装置及び器具
    イ、通気度試験機
    通気度試験機は図10.2に示すもので、1,000ccの空気量の時にゲージ圧が静止状態で水柱100.5cmを保ち、その圧力のものに2,000ccの空気を300cc/sec以上の速度で送り得るものである。
    図7.10.2通気度試験機の構造略図


    (4)試験方法
    通気度の試験方法には標準法と迅速法とがある。
    標
    準法は、常温のもとで図10.2の試験機により空気2,000ccが所定の試験片を通過排出させるとき、その試験片にそう入させる空気と､試験片を通過排
    出させる空気との間に起る空気の厚賀一定した時の値､および空気の排出所用時間を測定し､次式による通気度を求める方法である｡
    Ｋ＝（Ｖ×ｈ）／（Ｐ×Ａ×ｔ）
    こ
    こにＫ：通気度､Ｖ：通過する空気量（2,000cc）、ｈ：試験片の高さ（50.1mm）、Ｐ：空気圧（水柱cm）、Ａ：試験片の断面積
    (19.6cm2)、ｔ：Ｖ：の過するに要する時間(min)。迅速法は常温のものでオリフィスにより、一定流速にある空気が所定の試験片を通過排出させ
    る間に起こる空気の圧が、一定した時の値のみを測定して通気度を求める方法である。



  • 圧縮強さ
    (1)適用範囲
    この規格は鋳物砂の圧力強さを測定する試験方法について規定する。
    (2)試験装置及び器具
    イ、圧縮試験機
    ロ、試験片つき固め器
    ハ、試験片作成用わく
    ニ、試験片作成用台
    ホ、押抜台
    (3)試験方法

    1. 試験片の作成

      1. 湿態の場合
        試
        験片の作成は、まずわくに台を取付け、その中に砂を入れ、試験片つき固め器によって3回突き固めを行い、高さが５０±１mmになるようにする。つぎにこの
        試料を押抜く。もしその高さが５０±１mmの範囲をはずれた時は、新たに別の砂をもって、上記の範囲の高さになるように作成する。なお、一度試験した砂は
        再び使用することはできない。

      2. .乾態の場合
        上記の方法によって作成した資料を金属板上にのせ、そのまま乾燥炉にて所定の温度に乾燥する。乾燥後デシケーター中にて室温まで冷却させる。


    2. 操作

      1. 湿態の場合
        試験片を湿態圧縮試験機に取付け、約３０g/secの速度で圧縮し、破壊した時の数値を測定する

      2. 乾態の場合
        試験片を乾態圧縮試験器に取りつけ、約１５０g/cm2/secの速度で圧縮し、破壊した時の数値を測定する。



    (4)表示
    圧縮強さはkg/cm2で表示する。ただし試験器の数値が荷重をもって表わされたときには次式で圧縮強さを求める。６ｃ＝Ｗ／Ａ
    ここで６ｃは圧縮強さ（kg/cm2）、Ｗは試験片が破戒した時の荷重(kg)、Ａは試験片の断面積(cm2)
    (5)記録
    試験結果は有効数字2桁まで算出する。ただし同一試料にて３回以上の試験を行い、偏差５％以内のものの算出平均値である。乾態の場合は処理条件を付記する。



  • 粒度
    粒度は砂粒の粒形を表わすものでなく一定時間標準篩にかけその篩目を通過した砂の大きさにより分類される。
    (１)粒度試験方法
    粘
    土分を除いた砂粒をサンプルとし、これを標準篩を積み重ねた一番上の篩にあける。しかしこのとき粘土分を除去して吸湿しないように注意する。サンプルを篩
    に入れた後は必ず蓋をし、これをロータップ振盪機にとりつける。このロータップ振盪機は水平円運動と往復運動を組合わせた動きをし、上からハンマーで打撃
    を与える装置である。その振幅は２５mm、運動速度は２６０～３１０／min、打撃数は１５０～１７５／minである。篩分けする時間は１５min間行な
    う。この操作が終われば篩を上から順にはずし紙の上にあける。目詰まりしている粒子はハケあるいはブラシでこすり、測定する。

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    第１節　造型方法に起因する欠陥
    １吹かれ

    Fig177ガス吹かれ


    ガス吹かれ(ﾌﾞﾛｰﾎｰﾙ)

    ガス吹かれ

    突き出た砂角に出るﾌﾞﾛｰﾎｰﾙ


    内面平滑で直径２～３mm以上のブローホールで、表面に露出しているものと密閉されているものとあり、大きさは区々である。


    （原因）



    1. 鋳型から発生したガス圧と湯の圧力が平衝して、ガスが外部に逃げ出せず、そのまま固まったときに生ずる。

    2. 砂の通気度又は造型のガス抜き不良

    3. 上りの大きさ不適当

    4. 押湯の圧力不足

    5. 鋳型の乾燥不充分


    （防止方法）

    1. 鋳型からの発生ガスを少なくする

    2. 鋳型のガス抜き方法を改善する

    3. 鋳型中に混在するガス発生物質を少なくする

    4. 押湯を充分にきかせる

    5. 湯口系統を改善する


    ２すくわれ

    Fig178すくわれ
    鋳型表面の一部がはぎとられて、その砂が他の場所に移動して砂かみとなり、はぎとられた部分に湯が入りコブとなる。コブは砂と地金が混在している。


    （原因）



    1. 鋳型の一部が過熱されて膨張し浮き上る

    2. ガス抜き不良のため鋳型がゆるむ

    3. 溶金の流動性により鋳型がこわされる。（湯口の位置、大きさ、形状の不良）

    4. 鋳型の取扱い不注意や型かぶせのときの押込みで鋳型の一部がゆるむ


    （防止方法）

    1. 湯が鋳型に強く当らないようにする

    2. 鋳型の取扱いに注意し、押し込せぬように

    3. 必要箇所に釘をさす

    4. 鋳型乾燥には充分注意する


    ３押込み

    鋳型面の一部が押し込まれ、広い面積のくぼみを持つものである。
    Fig179押込み


    （原因）



    1. 型置き地ならしが平らでないとき

    2. 型のしめすぎや一方的な片しめのとき

    3. 中子を中子受けに正確に据付けないとき

    4. 棒ケレンのさしこみが悪いとき

    5. おもしの過重


    （防止方法）

    1. 中子受けに対して、はばきが大きすぎぬこと

    2. 型のしめつけを均一に


    ４型落ち

    これは上型とかまたは他の張り出した部分から砂が落ちて出来た鋳物内の欠陥である


    （原因）



    1. 鋳枠とその装備において、釣鈎が悪くて、取扱いが粗雑になるとき

    2. 中子の据え付けの際の不注意により鋳型面を破戒するとき

    3. 造型法による取扱いが粗雑な場合


    （防止方法）

    1. 鋳型全般の取扱いが、粗雑にならないこと


    ５差込み

    これは砂の粒子を移動させることなく、その隙間に溶湯が入り込むために生ずる鋳物表面の欠陥である。


    （原因）



    1. 鋳型の込めつけが軟らか過ぎる

    2. 鋳型の硬さにむらがある

    3. 鋳型面の塗型が不充分な場合


    （防止方法）

    1. 鋳型の込めつけを硬くする

    2. 込めつけにむらのないよう

    3. 石炭粉、ベントナイト、殻粉等を添加して砂を丈夫にする

    4. 油砂中子などでは酸化鉄粉等を混ぜる


    ６型張り

    これは溶湯の圧力により砂が押されて、肉厚が増加する場合をいう


    （原因）



    1. 型込めずれを生じた場合

    2. 型合せ面を削りすぎた場合

    3. 鋳型の吊具が不充分な場合

    4. 鋳型の締めつけが不均一な場合

    5. つき棒の届かぬ場所への手込めを怠ったり、つき方が不充分でつき固め度が軟らかい場合

    6. 底板を平らに置かない場合


    （防止方法）
    主として砂と造型法が原因であるから、造型上の基本的なつきかめの均一や型合せ面の正確さを心がけるべきである
    其の他


    • ずれ
      型ずれは見切線がうまく合わない鋳物に生ずる欠陥で、中子すれは中子の位置が合っていなかったり、中子の組合せを間違ったりして、中子の肉厚が狂うことによって生ずる欠陥である
      （原因）

      1. 型上げのとき模型を叩きすぎる

      2. 上型と下型の方向を逆に合わせた場

      3. 締付け不適当

      4. 鋳型の取扱い不注意


    • たまがね
      これは鋳物中に埋った小さな地金の球で、鋳物と完全には融合していない。多くの場合鋳型内のどこかで吹かれる起きるとこれが出来る
      （原因）

      1. ガス抜きが偶然封ぜられた場合

      2. ガス抜きが不充分な場合


    • 介在物
      これは使用材料中の非金属の小粒が鋳物の中に巻き込まれて埋まったものである
      （原因）

      1. つき固めが弱かったり、不注意だったりして、鋳型内に砂が落ちる場合

      2. 「飛ばされ」や「洗われ」を起こさせる因子がある場合


    • 飛ばされと洗われ
      これは鋳型や中子の表面が溶湯に洗われて砂が侵蝕される結果生ずる欠で、その部分は肌荒れを呈したり、隆起部を生ずる
      （原因）

      1. つき固めが弱くて、表面の強度がない場合

      2. つき固めが強すぎて、溶湯が沸騰する場合

      3. 鋳型面補強のための釘さしが不充分な場合


    • 収縮巣
      これは大なり小なり金属の融体から固体に変化する際の、収縮率の変化によって生ずる巣である


    第２節　鋳造方案に起因する欠陥
    １たまがね

    鋳物中に埋まった小さな地金の球で鋳物と完全に融合していない。多くの場合鋳造方案が悪くて鋳型内のどこかで吹かれがおきるとできる。
    （原因）



    1. 湯道が悪くて、溶湯が飛散する場合

    2. 湯口の底の湯溜まりが不充分で、滓取中子から「たまがね」が飛散した場合


    ２介在物

    酸化物その他の不純物で、溶金が酸化されたり、硫黄などの不純物が多いとしばしば認められる。これがあると合金の成分が弱くなるので精練や高温溶解によってこれを除去する
    （原因）



    1. 「飛ばされ」や「洗われ」を起こさせる因子がある場合

    2. ノロや垢を補捉するための滓溜絞りの不完全

    3. 湯口系の設計や位置が悪くてノロの補捉が有効に行われない

    4. 湯溜の設計が悪くて滓の巻き込みが防げない


    ３飛ばされと洗われ

    鋳型や中子の表面が溶湯に洗われて砂が侵蝕される結果生ずる欠陥
    （原因）



    1. 溶湯の衝撃を緩和しないようなせき

    2. せきを通る溶湯の量が多すぎる

    3. せきの数の不充分

    4. せき前の滓取りが不充分

    5. 鋳型や中子の表面に溶湯が突き当たるようなせき

    6. 噴出作用を生ずるせき


    ４中子浮かされ

    中子が上型面へ押し上げられて肉厚に変化を生ずること
    （原因）



    1. ケレンに溶湯の流れが突き当たるためにケレンが早くとけてしまう場合


    （防止方法）－（根本対策）
    ・鋳造方案の確立と試作の励行
    初
    めての仕事に対しては、まず試作を行い、なるべく細部にわたって切断して内部の検査を行い、欠陥の発見につとめ、方案の良否を検討すべきである。大型鋳物
    で試作不可能のものは不安なる箇所の分割試作が必要である。結局このことは「いそがば廻れ」の諺のごとく如何に急工事といえど良品をだす道である


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    碧威-龍捲風-a5dm
    模型のつくり方、鋳物砂の配合、主型や中子の造型方法および鋳込系統などの問題はすべてこの鋳造方案に含まれている。一般には単に鋳物の鋳込系統のみについて考えるものを狭義の鋳造方案として区別している。
    第１節　湯口方案の機能・効果・設計
  • 掛せき

    Fig149掛せきのいろいろ


    １
    ２
    ３
    ４


    ５
    ６
    ７
    ８


    １
    口やかすを除き鋳込まれる溶湯を絶えずきれいにし、かつ湯口を通じていっぱいに静かに鋳込み鋳型へ十分な油圧を与えて鋳物の質を緻密にする用をなすもの
    で、鋳物のできあがりに直接影響を与える大切な部分である。したがってその役目を達成させるため掛せきの形もいろいろのものが用いられる。次に掛せきの寸
    法の一例を示す。Fig149参照



    1. は掛せきの寸法の一例を示す。掛せきの表面積は次式の範囲内が望ましい。
      １００ｄ2＞Ａ＞４０ｄ2
      Ａ･･･掛せきの表面積、ｄ･･･湯口の直径

    2. は掛せきの実例を示す。左図のように湯口を中央につけると溶滓や空気を巻き込むから、右のようにした方がよい。

    3. は掛せきにダムをつけると、溶金の初適が湯口に転がり込むのを防ぐ。この場合は、溶金は湯口は出来るだけ離して注入する。

    4. は中間に除滓板（中子で作る）を設けて、溶滓および空気の巻き込みを阻止する。

    5. は大型鋳物に２つの湯口を設け、一つの掛せきより湯を注入する。

    6. は注湯する時、流出口の３倍位の深さになる迄は出来るがきり急速に注入する。

    7. のようなストッパーを用いると、初滴の転り込むのと、溶滓並びに空気の巻き込むのを防ぐ、６の如く溶金が流出口のの３倍以上の深さまで注入した時にストッパーを抜く。

    8. のように掛せきの下にストレーナーを設けて注入すれば、一種の濾過器のような作業をして、滓またはガスの巻込みを防ぐ。


    一般的注意事項



    1. 底部の砂つきが３０mmより薄すぎると底が抜けることがあるから、相当の厚さをもたせること。

    2. 厚い砂を用い固くつ搗き固めるとガス抜きが悪いため、注湯したさい湯が飛散して危険である。

    3. 砂は水分を少なくし、ふるいを通して使用すること。

    4. 掛せきはなるべく型を別個につくること。

    5. 掛せきの内面は滑らかに仕上げ清潔に保つこと。

    6. 掛せきと型との摺合せを丁寧に行なうこと。


  • 湯口

    一般に湯を鋳型に導入する通路を総称して湯口という場合があるが、さらに各部に名称を付して区別している。すなわち湯口、湯道、せきなどである。Fig150参照
    ①湯止り①受口②湯口③湯口底④湯道⑤せき⑥湯道先⑦ガス抜き⑧揚り⑨押湯
    Fig150鋳込系統


    湯口部の受口は適当に面取りをする。湯口は鋳物の形状、大きさなどによってそれぞれに適した湯口を設けるのであるが、理想的な形状、寸法のものを見出すということはなかなかむずかしいものである。特に次にあげる事項については注意を要する。



    1. 鋳型が弱く砂のとばされやすい状態、または鋭角、凸出部が注湯に際して飛ばされを生じないこと。Fig151参照

    2. 少なくとも湯口から入る溶湯からノロ、かす等の流入しないように方法を講ずること。

    3. 湯口が垂直に作られていること。小さい鋳型の場合においては比較的問題はないが、湯口の長さが長い場合や枠を重ねた場合に、上下の合せが不一致になったりする。掛せきをのせた場合も同様である。


    Fig151掛せきの仕方

    Fig152湯口底

    湯口の最下部は落下した湯が激突して飛散するので破損しやすい。そのために底部を耐火煉瓦で作るとか、また生型の場合には丈夫な油中子を入れることがある。なお滓をともない易いので、底に溜または逃げを設ける。Fig152参照
    湯口が、せきや湯道に比してあまり小さすぎるときは、湯が続かず、負の圧力を生じて空気やガスを吸いこむことがあるので常に湯口に湯が充満して流れるようにする。
    次に湯口方案設定にあたって考えねばならないことは、



    1. できるだけ乱流を少なくして溶湯を鋳型内に導く

    2. 溶湯の溶滓を湯道系を流れる際に浮上させ、鋳型内への流入を防止する。

    3. 鋳型に溶湯が流入すると速度を適正にする。

    4. 湯口、押湯を最少にして歩留まりの向上をはかる。


    種類



    1. 呼湯口(Fig153)
      最も普通に用いられるもので、掛せき、湯道、下鉢、滓溜、せきを備えている。掛せきは小さくてすみ、湯も静かに入る。

    2. 押上湯口（Fig154）
      湯が静かに入り、鋳型内を湯面が静かに上昇するので、型の荒れや、滓の巻き込みが少なく、鋳肌の傷みのないものができ易い。しかしこの湯口では鋳物の上部が低温で、下部が高温になるので、下方の凝固がおくれるため下部に収縮による引巣が出来やすい欠点がある。

    3. 段湯口(Fig155)
      高さの高いものに用いられる湯口である。すべてのせきの断面の合計が、湯口の断面積より小さいか、また等しければ、すべてのせきから湯が流れる。これは平均に湯が入るようにするにはせきに上向きの勾配をつけるのが普通である。

    4. 角湯口(Fig156)
      押上湯口の一種であるが、中子の入るもので直接湯が中子に当りすくわれることを防ぐため用いられる。湯の出口に向って段々小さく絞ってあるので湯が鋳型に噴出する欠点がある。これをさけるため出口に向って段々太くした逆角せきがある。

    5. 車湯口（車せき）（Fig157）
      円形の鋳物たとえば、フライホイール、カップリング、切歯歯車、プーリーポンプランナーの如く、機械仕上面の多いものや湯の回りがたいものに用いられる。せきは湯の流れをよくするために図の如く板状のせきを用いる

    6. 板せき（楔湯口）（Fig158）
      薄物にては、湯口を折りとるとき身を食い易いので、それを防ぐためと、湯口の流れをよくするために図の如く板状のせきを用いる。

    7. 半掛湯口(Fig159)
      押
      湯兼用の湯口で滓の流入を防止し、かつ押型効果を有し主として小物に用いられる。この湯口は鋳物本体に２～３mm重ねてこの部分から湯を流入せしめるの
      で、湯口と鋳物の接続部を形成する鋳型の砂が局部的に過熱されて高温になる。したがってこの部の凝固がおくれて湯口中の湯が押湯効果を生ずるのである。接
      続部は注湯時間の許す限り小さくするのが有効である。

    8. 切線湯口（Fig160）
      円形の肉厚のもの、たとえばロール、またはギヤーの如きものに用いられ、湯が中子に衝突しないように、せきは完全に切線方向に作る。これは、湯を一方向の流れにするためで、玉金、滓などの入ることを防止する。

    9. 渦巻湯（Fig161）
      湯は球壁に沿うて回転運転をするので比重の軽い滓類は中心部に集まり、上方に浮上する。

    10. 雨湯口(Fig162)
      ライナーやシリンダーの如き、円筒形のものに多く用いられる。掛せきより多数のせきを通じで湯を鋳型内に流下せしめる。千本湯口とも称せられる。せきは小さいものをできるだけ多数均一に分布せしめるべきである。この湯口の特徴は

      1. 温度勾配が下部が低く、上部が高くなるので、押湯が効き易くなる。

      2. 滓が分散する

      3. 外
        周のみ仕上げ加工するものでは、せきを外側に沿うて設けるときは、滓は内側に押しやられて外周には欠陥が少なくなる。反対に内面に仕上加工するものには、
        せきを中子面に沿うて設けるときは外側に押しやられる。内外面を仕上加工するものでは、せきを肉厚の中央に位置せしめて、滓を内外側に分散せしめる。

      4. 湯が一様に分布する


      欠点としては



      1. 滓が入り易いから掛せきで完全に分離除去する

      2. 湯面が動揺すねので、鋳肌に鋳じわが生じ易い。なお湯回りの悪いものに用いることがある。


    11. 二段押し湯口(Fig163)
      雨湯口の滓の入る欠点を補い、その利点を充分発揮するために用いられる

    12. 直湯口(Fig164)
      プーリーの如きものによく用いられる。温度を下げずに流れのよい湯を供給できるので湯押しの作用もする。

      Fig153呼湯口

      Fig154押上湯口

      Fig155段湯口

      Fig156角湯口


      Fig157車せき

      Fig158楔湯口

      Fig159半掛湯口

      Fig160切線湯口

      Fig161球状渦巻湯口


      Fig162雨湯口とその位置



      (a)

      (b)

      (c)


      Fig163二段押し湯口

      Fig164直湯口




  • 湯道(Fig165)
    Fig165湯道
    湯道は湯口よりせきの各に湯を導き分配する通路であって、せきよりも大なる断面積を有するのが普通で流速を加減し、あるいはまた滓を湯から分離するように工夫する。湯道の端に特に滓溜りを設けることがある。
    一般に湯口、湯道、せきの断面積の比は次の関係にある。
    湯口：湯道：せき＝３.６：４：２

  • せき(Fig166)
    Fig166せき
    湯
    道より岐れて、品物となる鋳型内に湯を導入する部分で、その大きさ、形状、数、配置が、鋳物の成否を支配するといっても過言ではない。長さは成るべく短く
    し、形状は通常扁平であるが、三角形、半円形または円形のものも用いられる。大きさおよび数は所要の鋳込速度が得られるようにし、かつ滓を流入せしめない
    ように小さくして数を増やすがよい。なお、三角せきを上型に切った場合には、上部は流れに対する抵抗が大きいので、浮いた滓がこの部分に止り易いという性
    質がある。

  • 湯口方案設定

    1. できるだけ乱流を少なくして溶湯を鋳型内に導く

    2. 溶湯の溶滓を湯道系を流れる際に浮上させ、鋳型内への流れを防止する

    3. 鋳型に溶湯が流入する速度を適正にする

    4. 鋳物の冷却時における温度適正を考慮する

    5. 湯口、押湯を最初にして湯留りの向上をはかる


  • 方案を決める順序
    まず鋳込時間を決める。鋳込時間は溶湯の流動性温、度勾配、肉厚、鋳物重量によって決まる。
    鋳込時間＝Ｓ√Ｗ　Ｓ…係数＜BR> ２湯口断面積は鋳込時間が決まったら、この速度に合致するように湯口の断面積を決める。湯口の面積Ａcm2を決めるには次の式を用いる。
    Ａ＝Ｗ／（ｄｔｃ／２ｇＨ）
    Ｗ鋳物重量、Ｈ湯の有効高さ、ｄ溶湯の比重、ｃ流量係数、ｔ重量による加速度
    このうち未知数はＣの流量係数だけであるから、これさえ決めれば湯口の断面積Ａは計算できる

  • 湯口、湯道、せきの形状・寸法

    1. 湯口と掛せきの底との合う部分は十分にＲをつける。湯口上部より下部に向って１／２くらいにテーパをつける。テーパのつけられないときには湯道にダムをつける。

    2. 湯道は湯口下端の２～４倍くらいの断面積をとり、あまり急に曲げずせきを一つつけるごとにその面積をへらしていく。

    3. せきの数は鋳物の大きさ、形状によって決まり、平たく大きいものほど多くなる。湯口、湯道、せきの断面積の比はいろいろの説がある。例えば米国では１：２：２とか１:２:１.２、Fig167は４：３：２の比率の場合の面積比を示す。


    Fig168にせきの断面の形状を示し、又一般小物等に用いられる湯口系を示す。
    Fig169は湯口系の一例を示す。


    Fig167湯口、湯道、せきの比


    湯口、湯道注入口の関係寸法形状


    湯口
    15φ
    ○
    20φ
    ○
    25φ
    ○
    30φ
    ○
    40φ
    ○
    50φ
    ○


    湯道
    9
    □12
    12
    13
    □17
    17
    17
    □21
    21
    20
    □24
    24
    27
    □32
    32
    33
    □40
    40


    鋳込口
    ２本の場合
    (4本の場合は1/2)
    △9
    9
    △13
    13
    △16
    16
    △19
    19
    △25
    25
    △31
    31


    Fig168せきの断面形状の湯口系の例


    Fig169湯口系の一例


    (a)押湯滓取り
    (b)旋回式押湯兼滓取り

    (c)滓取り押湯

    (d)ノ口補集湯口

    (e)滓取り湯道

    (f)



  • 押湯、揚り
    押湯をつける目的には二つの意味がある

    1. 溶湯の収縮に対して湯を補給する

    2. 鋳込終了の瞬間に静圧を加える


    揚がりをつける目的にも二つの意味がある



    1. 鋳型内の空気、ガスを容易に逃がす。また鋳湯時、湯の不純物を鋳型外へ排出する。

    2. 鋳型内に湯が完全に満ちたことを確認する。(位置と太さが大切である)
      押湯にはFig170如き種類がある
      Fig171は各種方案例である。


    Fig170押湯の種類


    (a)押湯の種類

    b)押湯の寸法

    (c)ノックオフコア使用の例

    D:鋳物の直径
    2D:押湯の直径
    d:押湯の道の直径
    h:〃長さ
    H:押湯の高さ
    d=0.8D
    h=0.8D＞
    H=3D
    D':押湯の直径
    T:鋳物の肉厚
    d:押湯の直径(首)
    h:〃高さ
    H:押湯の高さ
    d=0.8T
    h=0.8T＞
    H=3T
    D=2d＜



    • 第２節　冷し金の機能、効果、設計

    鋳
    物内部の収縮穴を防ぐため冷し金を用いることがある。それは鋳物内部の温度差を少なくし、冷却の調整によって金属の熱放出の調節をねらうものである。冷却
    中の鋳物の内外層の温度差はかなり著しい。したがって鋳型材料に熱伝導の悪いものを用いたり、予熱等をすれば冷却速度を下げることになり引けを少なくする
    ことができる。また反対に内部から外部へ熱放出を早くすることにより、温度差の平均化をはかる。これが金型や冷し金の効果である。
    冷し金型は引けやすい場所の外側にあてて内部の熱を急速に奪う方法であるが、鋳物が一定以上の肉厚では冷し金の効果は内部にまで及ばないでかえって引けを増すことがある。
    冷し金は一般に鋳鉄を用いるが、鋳型砂との境界があまりはっきりしたり、過大であると組織が急に変わる。Fig172は冷し金の効果を示したものである。


    Fig171方案のいろいろ


    (a)直堰

    生型の楔角直セキは薄物を造るに
    湯の流れ面積が広くて効果的であるが
    堰下の周囲に欠陥ができやすい
    欠点がある。
    (d)車堰

    平板比較的肉厚物に利用
    (g)バリ堰

    (h)むくり上げ

    (b)技堰

    小物部品
    円形薄肉物に利用して効果あり
    (e)雨堰

    (i)馬路堰

    (c)チョンガケ

    不止りは悪いが胴物もの押湯の
    必要のもの小物で上部の引けやすい
    板ものの場合に利用して効果あり
    (f)段湯口

    縦長物で比較的肉厚のものに
    利用して効果あり
    (j)回し堰

    銅合金に利用して効果あり


    冷し金使用上の注意



    1. 清浄で銹のないもの（吹かれ）

    2. 油を薄く塗布して、錆を防止し、かつ型内の湿気が水滴となって附着するすることを防止する。塗布する油にはモビール、マシーン油などがある。

    3. 暖めて銹を生ぜぬように黒味を塗布すると、黒味の層が気孔性であるためか嫌いがなくなる。

    4. 生型または乾燥不充分な型に注湯するときは水蒸気を生ずる。もし冷金面に水滴を生じるので、吹かれの原因になる。

    5. 暖い型に冷し金をつけることも吹かれの原因になる。

    6. 生型に冷し金を入れ、バーナーで焙ねことは危険である。即ち冷し金に水滴が附着しやすい。

    7. 平面が比較的大きな冷し金においては、ガス抜きをよくするためにFig173のように冷し金の表面に三角形のみぞを切る。


    Fig172冷し金の用い方

    Fig173冷し金のみぞ
    第３節　芯金の機能、効果、設計、つくり方
  • 芯金の機能と効果

    中
    子は砂だけでは弱いので、丈夫にするため芯金を入れるが、小物では芯金、大物では鋳鉄のものが用いられ、Fig174(1)は中子箱に針金の芯金を入れた
    要領を示したもので、(2)は大物の鋳鉄製芯金を用いた例である。芯金は砂落しの際に、容易に破壊できるようにつくらなければならない。又鋳込んだ湯の収
    縮に対する抵抗が少ないように、中子の外面よりある寸法だけ内側に入るように考える必要がある。この内側に入れてある寸法を砂付という。


    Fig174


    (1)

    (2)



  • 芯金の設計とつくり方
    小物の場合、中子の心金は針金を用いるが、大形の中子をつくるとき針金では弱いので、鋳鉄製の心金が用いられる。しかし鋳鉄の芯金は丈夫ではあるが鋳物の収縮にともなわない欠点があるので、砂付を多くする必要がある。

    1. 鋳
      鉄性の芯金をつくるには最初芯金畠をつくる。芯金をつくる前の日かまたは３～４時間前に土間を掘って川砂か土間砂をふるい。これに水を打っておく。この場
      合の砂の水分は、ふつうの鋳型に使うものより軽いほうがよい。つぎに土間にFig175(2)のように２本の定規を平行水平方向にいけ、この上を別の定規
      で平らにかきならして砂定規をつくる。大きなものの場合は２人でかきならす。

    2. 中子取を畠の上に伏せて挙を掘り、軽く図(3)のよう
      に上からたたいて、畠の上に中子取の跡をつけてから取り除く。つぎに土間にFig175(2)のように２本の定規を平行水平にいけ、この上を別の定規で平
      らにかきならして砂定盤をつくる。大きなものの場合は２人でかきならす。

    3. 図(4)に示すように押し水を用いて畠のけがき線に合わせてへこみをつけてゆく。図(5)の芯金のように深く足をつける場合は、軟鋼丸棒を図(6)のように持ち、深さをきめた印をつけて砂に押し込むこの場合、軟鋼丸棒を差し込んだまま鋳ぐるむ方法もある。
      (4)型に湯を流し込むときは、高温の湯を勢よく迅速に流す。（図(7)）長いものや大きなものは、二箇所から流し込むようにする。


    • [註]鋳鉄芯金とあすがらの入れ方
    中子取りに芯金を入れてみて、砂付が適当であるか否か調べてみる。もし砂付きが少ないと鋳縮みの妨害になり、多いときは中子が破壊して芯金の効果がない。
    Fig176のように中子取りに砂を１０～２０mmくらいの厚さにつめる。
    芯金にうすいはじろを塗り、芯金をおいてその下をゆび先でかたくつめる。
    つぎにあすから（コークスのがら）を図のように入れる。あすがらの上にうすい粘土水につけて砂とあすがらが別れないようにし、Ａ部に砂を入れる。つぎにはばきにみぞをつけてガス抜きとする。


    Fig175芯金のつくり方


    (1)

    (2)

    (3)


    (4)

    (5)

    (6)

    (7)


    Fig176芯金とあすがらの入れ方


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